Arskama.ru

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

Цикл работы четырехтактного карбюраторного двигателя

Учебник водителя категории В

Раздел I. устройство автомобиля

Глава 2. Двигатель

1. Общее устройство и рабочий цикл двигателя

Рабочий цикл четырехтактного карбюраторного двигателя

Процесс, происходящий в цилиндре за один ход поршня, называется тактом. Таких тактов четыре: впуск бензино-воздушной смеси, ее сжатие, расширение газов при сгорании (рабочий ход), выпуск продуктов сгорания. Совокупность тактов называется рабочим циклом.

Если рабочий цикл совершается за четыре хода поршня, т. е. за два оборота коленчатого вала, то двигатель называют четырехтактным.

Рис. 5. Рабочий цикл четырехтактного карбюраторного двигателя: а — впуск; б — сжатие; в — рабочий ход; г — выпуск

Табл. 2. Краткие технические характеристики двигателей автомобилей ГАЗ-24 и их модификаций и УАЗ ( УМЗ — Ульяновский моторный завод)

Первый такт — впуск: поршень перемещается от ВМТ к НМТ, впускной клапан 1 (рис. 5, а) открыт, выпускной клапан 3 закрыт. В цилиндре создается разрежение (0,7-0,9 кгс/см2), и горючая смесь, состоящая из паров бензина и воздуха, поступает в цилиндр. Горючая смесь смешивается с продуктами сгорания, оставшимися в цилиндре от предшествующего цикла, и образует рабочую смесь. Температура смеси в конце впуска 75-125° С.

Количество поступившей в цилиндр бензино-воздушной смеси определяет количество сжигаемого топлива, а следовательно, величину получаемой в цилиндре работы за цикл. Поэтому чем лучше наполнение цилиндра бензино-воздушной смесью, тем выше мощность двигателя.

Поступающая в цилиндр бензино-воздушная смесь подогревается от нагретых внутренних стенок цилиндра. Это, с одной стороны, улучшает испарение бензина, а с другой ухудшает наполнение цилиндров из-за понижения плотности смеси.

Второй такт — сжатие: поршень перемещается от НМТ к ВМТ (рис. 5, б), оба клапана закрыты. Давление в цилиндре и температура рабочей смеси повышаются. В конце такта давление достигает 9-15 кгс/см2, а температура 350-500° С.

Третий такт — расширение или рабочий ход. В конце такта, сжатия рабочая смесь воспламеняется в результате искрового разряда в свече 2 зажигания, происходит быстрое сгорание смеси (рис. 5, в). Максимальное давление при сгорании достигает 35- 50 кгс/см2, а температура 2200-2500° С. Давление газов передается на поршень 4, далее через поршневой палец 5 и шатун 6 на коленчатый вал 7, создавая крутящий момент, заставляющий вал вращаться. В конце такта открывается выпускной клапан 3, отработавшие газы начинают выходить в выпускной трубопровод, давление и температура в цилиндре снижаются.

Четвертый такт — выпуск (рис. 5, г): поршень перемещается от НМТ к ВМТ, выпускной клапан 3 открыт. Отработавшие газы из цилиндра поступают в выпускной трубопровод и далее через глушитель в атмосферу. Процесс выпуска протекает при давлении выше атмосферного. К концу такта давление в цилиндре снижается до 1,1-1,2 кгс/см2, а температура до 700-800° С.

Далее процессы, происходящие в цилиндре, повторяются в указанной выше последовательности. Рабочим является только один такт — расширение, впуск и сжатие являются подготовительными тактами, выпуск — заключительным.

При пуске двигателя его коленчатый вал вращается электродвигателем — стартером. Когда двигатель начнет работать, такты впуска, сжатия и выпуска происходят за счет энергии, накопленной маховиком двигателя при рабочем ходе.

На легковых автомобилях ГАЗ-24 «Волга», а также автомобилях УАЗ устанавливают четырехцилиндровые четырехтактные карбюраторные двигатели с вертикальным расположением цилиндров. Диаметр цилиндра и ход поршня равны 92 мм, литраж 2,445 л. Двигатели отличаются степенью сжатия и величиной наибольшей эффективной мощности, а также некоторыми конструктивными решениями (табл. 2).

Цикл работы 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.

Читать еще:  Холостые обороты двигателя ямз 236

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.

Рекламные предложения на основе ваших интересов:

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.

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).

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.

Читать еще:  Характеристики двигателя mercury 40

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.

Рабочий цикл четырехтактного карбюраторного двигателя

Как осуществляется рабочий цикл в одноцилиндровом четырехтактном карбюраторном двигателе?

При вращении коленчатого вала (рис.3, а) поршень движется от ВМТ к НМТ и над ним создается разрежение, т. е. давление в цилиндре становится ниже атмосферного и составляет 0,075-0,09 МПа (0,75-0,90 кгс/см 2 ). В это время с помощью газораспределительного механизма открывается впускной клапан (выпускной закрыт) и горючая смесь из карбюратора поступает в цилиндр, наполняя его [на индикаторной диаграмме (рис.3, д) линия аb]. Горючая смесь соприкасается с нагретыми стенками цилиндра и нагревается до 70-110°С, что способствует лучшему испарению топлива и подготовке горючей смеси к воспламенению. Коленчатый вал повернется на пол-оборота. При дальнейшем вращении коленчатого вала поршень достигнет НМТ, поменяет направление движения и будет двигаться к ВМТ, впускной клапан закроется (выпускной клапан продолжает оставаться в закрытом положении). Объем в цилиндре уменьшается, давление и температура повышаются. Давление к концу сжатия достигает 0,7-1,2 МПа, температура – 350-400°С. Происходит такт сжатия (рис.3, б). Коленчатый вал повернется на пол-оборота. На индикаторной диаграмме линия bz. В конце такта сжатия в цилиндр через свечу зажигания подается электрическая искра (точка с), воспламеняющая сжатую горючую смесь, происходит сгорание с нарастанием давления газов в цилиндре, которое к приходу поршня в ВМТ достигает 3,5-5,0 МПа, а температура повышается до 2200—2500°С. Под давлением расширяющихся газов поршень движется от ВМТ к НМТ и передает усилие через поршневой палец на шатун и коленчатый вал. При этом тепловая энергия расширяющихся газов превращается в механическую, а поступательное движение поршня преобразуется во вращательное движение коленчатого вала и в виде крутящего момента передается на трансмиссию автомобиля. Совершается такт рабочего хода (рис.3, в). На индикаторной диаграмме линия zk. Коленчатый вал повернется на пол-оборота.

Рис.3. Рабочий цикл и индикаторная диаграмма четырехтактного карбюраторного двигателя:
а – впуск; б – сжатие; в – расширение; г – выпуск; д – индикаторная диаграмма.

Чем ниже опускается поршень в цилиндре, тем больший объем освобождается над поршнем и тем меньшее давление газов на поршень. Поэтому в конце такта расширения давление газов в цилиндре уменьшается до 0,35-0,45 МПа. В этот момент открывается выпускной клапан (впускной остается закрытым) и отработавшие газы под избыточным давлением выходят в атмосферу. Поршень достигает НМТ, меняет направление движения и движется к ВМТ, вытесняя отработавшие газы из цилиндра (рис.3, г). Происходит такт выпуска (на индикаторной диаграмме линия ka). Коленчатый вал повернется на пол-оборота. В конце выпуска давление газов в цилиндре уменьшается до 0,12-0,105 МПа, а температура – до 600-950°С.

Читать еще:  Шевроле авео повышает обороты двигателя

При дальнейшем вращении коленчатого вала такты повторяются. Следовательно, рабочий цикл в четырехтактном карбюраторном двигателе совершается за четыре хода поршня или два оборота коленчатого вала, что соответствует 720° его поворота.

Какая работа газов соответствует полезной работе?

Из индикаторной диаграммы (рис.3, д) видно, что полезной работе соответствует площадь, ограниченная линией dczkd. Насосным потерям или отрицательной работе соответствует площадь, ограниченная линией bdab.

Какая скорость горения горючей смеси в цилиндре и отчего она зависит?

Скорость горения горючей смеси в цилиндре двигателя находится в пределах 25-40 м/с. На нее влияют форма камеры сгорания и вихревое движение горючей смеси в ней, степень сжатия, расположение свечи, наличие инертных газов из-за недостаточной очистки цилиндра и т. п.

Устройство современного двигателя

Рабочий цикл четырехтактного карбюраторного двигателя

При рассмотрении рабочего цикла двигателя условно принято, что каждый такт начинается и заканчивается при нахождении поршня в ВМТ или НМТ.

Первый такт — впуск.

Поршень перемещается с ВМТ в НМТ. Освобождающаяся над поршневая полость цилиндра заполняется горючей смесью через открытый впускной клапан из-за возникающего разрежения. Горючая смесь, поступая в цилиндр, смешивается с остатками отработавших газов от предыдущего цикла, образует рабочую смесь. В конце такта давление в цилиндре составляет 0,07—0,95 МПа, температура — 350—390 К, коэффициент наполнения цилиндра — 0,6—0,7.

Работа четырехтактного одноцилиндрового карбюраторного двигателя

а — впуск в цилиндр горючей смеси; б — сжатие горючей смеси; в — расширение газов; г- выпуск отработавших газов; 1 — коленчатый вал; 2 — распределительный вал; 3-поршень; 4 — цилиндр; 5— впускной трубопровод; 6 — карбюратор; 7— впускной клапан; 8 — свеча зажигания; 9 — выпускной клапан; 10 — выпускной трубопровод; 11-шатун; 12 — поршневой палец; 13 — поршневые кольца

Второй такт — сжатие.

Поршень движется от НМТ к ВМТ, впускной и выпускной клапаны закрыты. Объем над поршневой полости уменьшается. Рабочая смесь сжимается. Сжатие сопровождается повышением давления и температуры. Степень сжатия регламентируется детонационной стойкостью топлива. В конце такта давление составляет 1,2—1,7 МПа, а температура — 600—700 К.

Третий такт — расширение.

В начале такта при сгорании рабочей смеси, которая ооспл а меняется от искровою разряда свечи зажигания, выделяется значительное количество теплоты, резко увеличивается температура и давление. Вследствие давления газон поршень перемешается от ВМТ к НМТ. Газы расширяются и совершают полезную работу. В начале расширения давление газов составляет 4—6 МПа, температура — 2500—2800 К. В конце расширения давление н цилиндре составляет 0,3—0.5 МПа, температура — 1100-1800 К.


Четвертый такт выпуск.

Поршень перемешается oт НМТ к ВМТ Через открытый выпускной клапан отработавшие газы выталкиваются из цилиндра в выпускной трубопровод и в окружаюшую среду, В конце выпуска давление в цилиндре составляет 0,105—0,12 МПа, а температура — 85O-120O К.

Степень очистки цилиндра от отработавших газов характеризуется коэффициентом остаточных газов (отношение массы остаточных газов к массе свежего заряда). Для современных ДВС коэффициент остаточных газов составляет 0,08—0,2, он возрастает при увеличении частоты вращения коленчатого вала.

Рабочий цикл двигателя заканчивается четвертым тактом — выпуском. При дальнейшем движении поршня цикл повторяется в той же последовательности. Коленчатый вал в течение четырех тактов поворачивается на 720°, т. с. совершает два оборота.
В двигателях, работающих по четырехтактному циклу, полезная работа совершается только в период такта расширения (рабочего хода), когда поршень перемещается пол действием расширяющихся газов, поворачивая коленчатый вал на 180е Остальные три такта являются подготовительными и выполняются при поворачивании коленчатого вата на 540° за счет инерции маховика И работы других цилиндров (в многоцилиндровых двигателях).

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector