Arskama.ru

Автомобильный журнал
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Четырехтактный карбюраторный двигатель принцип работы

Четырехтактный карбюраторный двигатель принцип работы

Весь рабочий процесс четырехкратного двигателя состоит из четырех тактов, соответствующих четырем ходам поршня вверх и вниз. Рабочие такты следуют один за другим:

1-й такт — впуск: поршень, идущий от в. м. т. к н. м. т., создает в цилиндре разрежение; впускной клапан открыт; в цилиндр поступает свежая смесь из системы питания.

2-й такт — сжатие: поршень, идущий к в. м. т., сжимает рабочую смесь в камере сгорания; при этом впускной и выпускной клапаны закрыты.

Рекламные предложения на основе ваших интересов:

3-й такт — расширение (рабочий): при положении поршня в в. м. т. искра от свечи зажигания воспламеняет сжатую рабочую смесь. Смесь сгорает очень быстро (практически при неподвижном поршне), находящемся в в. м. т. Сгорание рабочей смеси происходит при постоянном объеме, равном объему камеры сжатия. Это является характерной особенностью карбюраторных двигателей. При сгорании смеси образуются газы, которые, расширяясь, перемещают поршень вниз в направлении н. м. т. и через шатун передают вращение коленчатому валу.

4-й такт — впрыск: при дальнейшем вращении коленчатого вала поршень, идущий к в. м. т., выталкивает из цилиндра отработавшие газы через кольцевой зазор, образовавшийся между седлом и приподнятым выпускным клапаном.

Рабочий цикл окончен. Он состоял из четырех тактов и продолжался в течение двух оборотов коленчатого вала (720° ). Такие двигатели называются четырехтактными.

Из конструктивных соображений в первом такте впускной клапан целесообразно открывать до прихода поршня в в. м. т. Вследствие большой скорости поршня поток рабочей смеси, следуя за поршнем к н. м. т., приобретает значительную инерцию и продолжает поступать в цилиндр еще некоторое время во втором такте при движении поршня вверх.

Искра воспламеняет рабочую смесь до того, как поршень подойдет к в. м. т. Прежде чем в цилиндре возникнет максимальное давление, поршень успеет достигнуть в. м. т.

В четвертом такте для лучшего очищения цилиндра от отработавших газов выпускной клапан необходимо открывать до прихода поршня вн. м. т., чтобы ускорить очистку цилиндра от отработавших газов. Выпуск газов продолжается некоторое время после прихода поршня в в. м. т. и начала его движения к н. м. т. и завершается продувкой камеры сжатия свежей рабочей смесью, которая начинает в этот момент поступать в цилиндр. Таким образом в рабочем цикле между четвертым и первым тактами одновременно открываются впускной и выпускной клапаны (так называемое перекрытие клапанов). За время перекрытия выполняется продувка цилиндра. При этом в цилиндре создается некоторое разрежение, что способствует лучшему заполнению цилиндра рабочей смесью в первом такте.

Моменты открытия и закрытия клапанов, выраженные в градусах, соответствующих углам поворота коленчатого вала относительно мертвых точек, называются фазами газораспределения.

Рассмотренный четырехтактный двигатель имеет внешнее смесеобразование горючей смеси с предварительным ее сжатием и принудительным зажиганием. Такие двигатели называются карбюраторными. Для них используют легкое жидкое топливо — бензин. Карбюраторные двигатели могут работать также на газе.

Известны также двигатели с воспламенением от сжатия—дизе-л и, работающие на тяжелых сортах жидкого топлива (дизельное топливо). Принцип работы дизелей основан на известном физическом явлении -— нагревании газа при сжатии. Если, например, воздух сжать поршнем настолько, что степень сжатия будет выше, температура в цилиндре резко возрастет до 600—700 °С. В этот момент в камеру сгорания двигателя через специальный распыляющий прибор (форсунку) впрыскивают топливо, которое воспламеняется, и образующиеся при этом газы перемещают поршень. Сгорание топлива в таком двигателе происходит при переменном объеме после того, как поршень начал двигаться к н. м. т.

Выше был рассмотрен принцип действия одноцилиндрового двигателя внутреннего сгорания. Такой двигатель не может обеспечить на валу постоянный крутящий момент и, следовательно, постоянную скорость его вращения. Действительно, расширяющие газы действуют на коленчатый вал при повороте его на 180° (0,5 оборота); остальные 1,5 оборота коленчатый вал и кинематически связанные с ним шатун и поршень движутся по инерции.

Чтобы устранить этот недостаток, присущий одноцилиндровому двигателю, двигатели внутреннего сгорания выполняют многоцилиндровыми. Например, в двигателе ГАЗ -51 в один блок объединены шесть цилиндров, поршни которых действуют на общий коленчатый вал. Кривошипы коленчатого вала расположены друг относительно друга под углом 120°. Благодаря такому расположению кривошипов рабочие такты в двигателе чередуются через каждые 120° поворота коленчатого вала, обеспечивая достаточную равномерность вращения и практически постоянный крутящий момент.

Максимальный крутящий момент вала двигателя ГАЗ -51 при числе оборотов 2800 об/мин равен 20,5 кГм, что позволяет двигателю развить мощность 70 л. с. или 51464,9 вт (1 л. с. = 736,499 вт).

Устройство одноцилиндрового поршневого четырехтактного двигателя

Как устроен одноцилиндровый четырехтактный поршневой двигатель?

Одноцилиндровый четырехтактный карбюраторный двигатель (рис.2) состоит из цилиндра 6, в котором установлен поршень 7 с уплотнительными 8 и маслосъемными 9 кольцами, шатуна 11, соединенного с поршнем поршневым пальцем 10, коленчатого вала 14, установленного на скользящих подшипниках в картере 15.

Читать еще:  Starline запуск двигателя по lin

На заднем конце коленчатого вала жестко крепится маховик. Снизу картер закрывается поддоном 16, предохраняющим детали двигателя от повреждений и загрязнения, а также являющимся резервуаром для масла. Сверху цилиндр герметично закрывается головкой, в которую ввернута свеча зажигания 1 (в дизельном двигателе вместо свечи устанавливается форсунка), впускной 17 и выпускной 3 клапаны с направляющими втулками, пружинами и деталями их крепления (при верхнем расположении клапанов).

Коленчатый вал соединяется с распределительным валом 13 при помощи распределительных шестерен. На кулачок распределительного вала опирается толкатель 12, который передает усилие на штангу 5, коромысло 2 и далее на впускной 17 или выпускной 3 клапаны, сжимая их пружины 4.

Рис.2. Одноцилиндровый четырехтактный двигатель.

Какие детали входят в кривошипно-шатунный механизм?

В кривошипно-шатунный механизм входят цилиндр с головкой, поршень с кольцами, поршневой палец, шатун, коленчатый вал, маховик, картер с поддоном.

Какое назначение кривошипно-шатунного механизма в двигателе?

Кривошипно-шатунный механизм служит для восприятия давления расширяющих газов, образующихся при сгорании горючей смеси в цилиндрах и передачи его через поршневой палец и шатун на коленчатый вал, преобразуя при этом возвратно-поступательное движение поршня во вращательное движение коленчатого вала.

Из каких деталей состоит газораспределительный механизм?

Газораспределительный механизм состоит из распределительного вала, толкателей, штанг, коромысел, клапанов с пружинами и деталями их крепления, направляющих клапанов, распределительных шестерен, При нижнем расположении клапанов в газораспределительном механизме отсутствуют штанги и коромысла.

Какое назначение газораспределительного механизма?

Газораспределительный механизм служит для своевременного впуска горючей смеси (карбюраторные двигатели) или воздуха (дизельные двигатели) в цилиндры двигателя и для выпуска отработавших газов из них в строго заданные промежутки времени путем открываний и закрывания соответствующих клапанов.

Какие системы обеспечивают работу поршневого двигателя?

Кроме кривошипно-шатунного и газораспределительного механизмов, в двигателе имеются системы питания, зажигания (в карбюраторных и газовых двигателях), охлаждения и смазки.

Какое назначение системы питания двигателя?

Система питания служит для подвода топлива и воздуха, образования горючей смеси и подачи ее в цилиндры карбюраторного или газового двигателя, или наполнения цилиндров дизельного двигателя чистым воздухом с последующим подводом жидкого топлива. К системе питания также относятся приборы выпуска отработавших газов, очистки топлива и воздуха.

Какое назначение системы зажигания?

Система зажигания служит для преобразования тока низкого напряжения (12 В) в ток высокого напряжения (25-30 тыс. В), который используется для воспламенения сжатой горючей смеси в цилиндрах карбюраторных или газовых двигателей в строго заданные промежутки времени.

Какое назначение системы охлаждения?

Система охлаждения служит для отвода избыточной теплоты, выделившейся в процессе сгорания горючей смеси в цилиндрах двигателя и не превратившейся в полезную работу, в окружающую среду.

Какое назначение системы смазки?

Система смазки служит для подвода масла к трущимся поверхностям деталей двигателя с целью уменьшения трения, частичного их охлаждения и удаления продуктов износа, а также способствует лучшему уплотнению поршня в цилиндре двигателя.

Устройство автомобилей

Рабочие циклы двигателей

Рабочий цикл четырехтактного карбюраторного двигателя

Работа двигателя внутреннего сгорания может быть представлена в виде систематически повторяющихся процессов, которые принято называть рабочими циклами. Рабочим циклом двигателя называется ряд последовательных, периодических повторяющихся процессов в цилиндрах, в результате которых тепловая энергия топлива преобразуется в механическую работу. При этом каждый полный рабочий цикл может быть разделен на одинаковые (повторяющиеся) части – такты.

Часть рабочего цикла, совершаемого за время движения поршня от одной мертвой точки до другой, т. е. за один ход поршня, называется тактом . Двигатели, рабочий цикл которых совершается за четыре хода поршня (два оборота коленчатого вала), называются четырехтактными.
В головке блока цилиндров, над камерой сгорания (рис. 1) карбюраторного двигателя устанавливаются впускной 4 и выпускной 6 клапаны, управляемые газораспределительным механизмом, а также свеча зажигания 5.

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

Такт впуска

В результате вращения коленчатого вала при пуске двигателя (вручную или с помощью специального устройства — например, заводной рукоятки или электродвигателя — стартера) поршень совершает движение от верхней мертвой точки (ВМТ) к нижней мертвой точке (НМТ). При этом впускной клапан 4 открыт, а выпускной клапан 6 закрыт.
Так как объем цилиндра при движении поршня вниз (к НМТ) быстро увеличивается, давление над поршнем уменьшается до 0,07. 0,09 МПа, т. е. внутри цилиндра создается вакуум – избыточное разрежение.
Впускной клапан 3 сообщается со специальным устройством – карбюратором, который приготавливает горючую смесь из топлива и воздуха. Вследствие разности давлений в карбюраторе и цилиндре горючая смесь всасывается через открытый впускной клапан в цилиндр двигателя.

Если двигатель уже работает, то горючая смесь, попадая в цилиндр из карбюратора, смешивается с остаточными продуктами сгорания от предыдущего цикла, и образует рабочую смесь. Смешиваясь с остаточными продуктами сгорания и соприкасаясь с нагретыми деталями цилиндра, рабочая смесь нагревается до температуры 75. 125 ˚С.

Такт сжатия

При подходе поршня к НМТ впускной клапан закрывается. Далее поршень начинает перемещаться вверх (к ВМТ), сжимая смесь воздуха, топлива и остаточных продуктов сгорания, которые не были удалены из цилиндра при выпуске. При движении поршня от НМТ к ВМТ вследствие сокращения объема цилиндра при закрытых клапанах повышаются давление, при этом возрастает температура рабочей смеси (в соответствии с законом Гей-Люссака).
В конце такта сжатия давление внутри цилиндра повышается до 0,9…1,5 МПа, а температура смеси достигает 270-480 ˚С.
В этот момент к электродам свечи зажигания 5 подводится высокое напряжение, которые вызывает между ними искровой разряд, результате чего рабочая смесь воспламеняется и сгорает.
В процессе сгорания топлива выделяется большое количество теплоты, из-за чего температура газов (продуктов сгорания) повышается до 2200-2500 ˚С, и давление внутри цилиндра достигает 3,0…4,5 МПа. Газы начинают расширяться, перемещая поршень вниз, к НМТ.

Читать еще:  Двигатель 4216 плавают обороты на газу
Такт расширения (рабочий ход)

Под давлением расширяющихся газов поршень движется от ВМТ к НМТ (при этом оба клапана закрыты). В этот промежуток времени (такт) происходит преобразование тепловой энергии в полезную работу, поэтому ход поршня в такте расширения называют рабочим ходом.
При движении поршня к НМТ объем цилиндра увеличивается, вследствие чего давление уменьшается до 0,3…0,4 МПа, а температура газов снижается до 900…1200 ˚С.

Такт выпуска

При подходе поршня к НМТ открывается выпускной клапан 6, в результате чего продукты сгорания рабочей смеси вырываются наружу из цилиндра.
При дальнейшем вращении коленчатого вала поршень начинает перемещаться от НМТ к ВМТ. Выталкивая отработавшие газы через открытый выпускной клапан, выпускной канал 7 и выпускную трубу в окружающую среду. К концу такта выпуска давление в цилиндре составляет 0,11…0,12 МПа, а температура – 600…900 ˚С.

При подходе поршня к ВМТ выпускной клапан закрывается, впускной открывается и начинается такт впуска, дающий начало новому рабочему циклу.

Рабочий цикл четырехтактного дизеля

Рабочий цикл дизельного двигателя принципиально отличается от цикла карбюраторного двигателя тем, что рабочая смесь (смесь топлива, воздуха и остаточных продуктов сгорания) приготовляется внутри цилиндра, поскольку воздух подается в цилиндр отдельно, а топливо отдельно – через форсунку. В дизельном двигателе нет специального устройства для поджигания рабочей смеси – она самовозгорается в результате высокой степени сжатия.
Т. е. в дизеле, в отличие от карбюраторного двигателя, через впускной клапан подается не горючая смесь, а атмосферный воздух, а топливо впрыскивается через форсунку в конце такта сжатия. В цилиндре, как и в случае с карбюраторным двигателем, остаются продукты сгорания рабочей смеси, которые не удалось удалить продувкой.
Смесеобразование (перемешивание воздуха, топлива и остаточных продуктов сгорания) в дизеле протекает внутри цилиндра, что и обуславливает основные отличия череды тактов, составляющих рабочий цикл.

Высокая степень сжатия приводит к тому, что поступивший в цилиндр через впускной клапан воздух, смешивается с остаточными газами и раскаляется (в буквальном смысле этого слова) до высоких температур. И в это время в цилиндр впрыскивается топливо, которое вспыхивает и начинает гореть.

Рабочие процессы в дизельном двигателе протекают в следующей последовательности (рис. 2) :

Такт впуска

В период такта впуска поршень 2 движется от НМТ к ВМТ. При этом впускной клапан 5 открыт, выпускной клапан 6 закрыт. В цилиндре 7 из-за разности давлений в окружающей среде и в цилиндре в конце такта впуска возникает разрежение 0,08. 0,09 МПа, при этом температура внутри цилиндра не превышает 40…70 ˚С.

Такт сжатия

В процессе такта сжатия оба клапана закрыты. Поршень 2 движется от НМТ к ВМТ, сжимая смесь воздуха и отработавших газов. Давление в конце такта сжатия достигает 3…6 МПа, а температура – 450…650 ˚С (превышает температуру самовоспламенения топлива).

При подходе поршня к ВМТ, в цилиндр через форсунку 3 впрыскивается распыленное жидкое топливо. Топливо подается к форсунке (через трубку высокого давления) топливным насосом 1 высокого давления (ТНВД). Форсунка обеспечивает тонкое распыление топлива в сжатом воздухе. Распыленное топливо самовоспламеняется и сгорает. В результате сгорания температура в цилиндре достигает 1600…1900 ˚С, давление – 6…9 МПа.

Такт расширения (рабочий ход)
Такт выпуска

При подходе к нижней мертвой точке (НМТ) выпускной клапан 6 открывается и большая часть отработавших газов под воздействием высокого давления вырывается из цилиндра в атмосферу. Поршень начинает перемещение от НМТ к ВМТ и через открытый выпускной клапан выталкивает оставшиеся в цилиндре отработавшие газы в окружающую среду. К концу такта давление газов в цилиндре составляет 0,11…0,12 МПа, а температура – 600. 700 ˚С.
Далее рабочий цикл повторяется.

Таким образом, в четырехтактном двигателе только один такт – рабочий ход является полезным с точки зрения совершения полезной работы, остальные три вспомогательные, они осуществляются за счет кинетической энергии маховика, закрепленного на конце коленчатого вала.

Рабочий цикл двухтактного двигателя

В двухтактных ДВС рабочий цикл осуществляется за один оборот коленчатого вала.
Схема двухтактного дизеля представлена на рис. 3 .
Воздух насосом 3 нагнетается через впускное (продувочное) окно 4 в цилиндр. В нижней части цилиндра напротив впускного окна имеется выпускное окно 7. В головке 5 блока цилиндра установлены форсунки 6.

Первый такт (рис. 3, а) совершается при движении поршня от НМТ к ВМТ за счет кинетической энергии маховика двигателя. Оба окна открыты. Нагнетаемый через впускное окно 4 воздух вытесняет из цилиндра оставшиеся в нем отработавшие газы, которые выходят через выпускное окно 7. Таким образом происходит очистка цилиндра от отработавших газов (продувка) и заполнение его свежим зарядом.

Читать еще:  Гильза двигателя состоит из чего

Движущийся вверх поршень 8 сначала закрывает впускное окно, а затем выпускное окно. С этого момента начинается процесс сжатия, в конце которого через форсунку 6 впрыскивается топливо.
Таким образом, за первую половину оборота коленчатого вала совершаются процессы наполнения и сжатия, и начинается сгорание топлива.

Второй такт (рис. 3. б) происходит при движении поршня ВМТ к НМТ. В результате выделения теплоты при сгорании топлива повышается температура и давление внутри цилиндра. Поршень перемещается вниз, совершая полезную работу.
Как только поршень открывает выпускное окно, отработавшие газы под давлением начинают выходить в окружающую среду. К моменту открытия впускного окна давление внутри цилиндра снижается на столько, что возможна очистка цилиндра путем вытеснения отработавших газов свежим зарядом воздуха, подаваемым в цилиндр насосом 3.
Этот процесс называется продувкой цилиндра. При этом одновременно с вытеснением отработавших газов происходит наполнение цилиндра свежим зарядом. Далее все процессы повторяются в той же последовательности.

Рабочий цикл двухтактного карбюраторного двигателя аналогичен рабочему циклу двухтактного дизеля. Отличие состоит в том, что в цилиндр поступает не чистый воздух, а горючая смесь, и в конце процесса сжатия в цилиндре посредством свечи зажигания подается искра, в результате чего происходит воспламенение горючей смеси.

Одним из преимуществ двухтактного двигателя по сравнению с четырехтактным является то, что каждый рабочий ход здесь протекает в период одного оборота коленчатого вала, а не двух. Очевидно, что снижение количества тактов должно привести к повышению КПД из-за уменьшения паразитических процессов . А поскольку в четырехтактном двигателе за два оборота коленчатого вала протекают четыре такта, из которых полезным является лишь такт рабочего хода (т. е. остальные три такта являются паразитическими), то естественно предположить, что КПД четырехтактного двигателя должен быть ниже, чем КПД четырехтактного двигателя.

Существенными недостатками двухтактных двигателей является их низкая топливная экономичность и меньший срок службы по сравнению с четырёхтактными двигателями. Объясняется этот недостаток тем, что при продувке цилиндра (или цилиндров) свежая горючая смесь частично удаляется вместе с отработавшими газами, поскольку, в отличие от четырехтактного двигателя, выпуск и впуск газов протекает одновременно.
Этими недостатками, а также большей токсичностью отработавших газов объясняется ограниченное применение двухтактных двигателей на автомобилях.

Карбюраторный двигатель

Карбюраторный двигатель — один из типов двигателя внутреннего сгорания с внешним смесеобразованием и автономным зажиганием [1] .

В карбюраторном двигателе в цилиндры двигателя поступает готовая топливовоздушная смесь, приготавливаемая чаще всего в карбюраторе, давшем название типу двигателя, либо в газовоздушном смесителе, либо образующаяся при впрыске топлива, распыленного специальной форсункой, в поток всасывающегося воздуха — такие двигатели называются впрысковыми или инжекторными.

Независимо от способа смесеобразования и количества тактов в рабочем цикле карбюраторные двигатели имеют одинаковый принцип работы, а именно: сжатая в камере сгорания горючая смесь в определенный момент поджигается системой зажигания, чаще всего электроискровой. Может также использоваться зажигание смеси от калильной трубки, в настоящее время в основном в дешевых малогабаритных двигателях, например, на авиамоделях; плазменное, лазерное зажигание — в настоящее время в состоянии, скорее, экспериментальных разработок.

Карбюраторные двигатели по количеству тактов в рабочем цикле делятся на четырехтактные, или двигатели Отто, у которых рабочий цикл состоит из четырех тактов и включает четыре полуоборота коленвала, и двухтактные, рабочий цикл которых включает два полуоборота коленвала с одновременным протеканием разных тактов одновременно. Последние, благодаря относительной простоте конструкции, получили широкое распространение как двигатели для мотоциклов и разнообразных агрегатов, требующих простоты и дешевизны конструкции — бензопилах, мотокультиваторах, как пусковые двигатели для более мощных дизелей и т. д.

Карбюраторные двигатели разделяются на атмосферные, у которых впуск воздуха или горючей смеси осуществляется только за счет разрежения в цилиндре при всасывающем ходе поршня и двигатели с наддувом, у которых впуск воздуха или горючей смеси в цилиндр происходит под давлением, создаваемым специальным компрессором, с целью увеличения рабочего заряда в том же рабочем объеме и получения повышенной мощности двигателя.

В качестве топлива для карбюраторного двигателя в разное время применялись спирт [2] , светильный газ, пропан-бутановая смесь, этиловый спирт, керосин, лигроин, бензин и их смеси. Наибольшее распространение получили бензиновые и газовые карбюраторные двигатели.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector