logo1

logoT

 

Рабочий цикл карбюраторного четырехтактного двигателя


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

Рабочие циклы четырехтактных двигателей

Рассмотрим подробно каждый такт цикла.

Такт впуска

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.

Такт сжатия

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.

Такт расширения

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.

Такт выпуска

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.

Далее рабочий цикл повторяется.

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.

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

Оба клапана закрыты. Поршень движется от н.м.т. к в.м.т. (рисунок б) и сжимает воздух. Вследствие большой степени сжатия (порядка 14…18) температура воздуха становится выше температуры самовоспламенения топлива.

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:

  • на единицу произведенной работы расходуется в среднем на 20…25 % (по массе) меньше топлива
  • работа на более дешевом топливе, которое менее пожароопасно

Недостатки дизеля:

  • 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 карбюраторного двигателя

Полный рабочий цикл почти у всех карбюраторных двигателей совершается в каждом цилиндре за два оборота коленчатого вала, т.е. за четыре такта. Такие двигатели называются четырехтактными.

Рабочий цикл начинается с такта впуска, затем следуют такт сжатия, такт расширения (рабочий ход) и такт выпуска.

Такт впуска (рис, а). Во время такта впуска цилиндр заполняется горючей смесью. Кривошип 5 коленчатого вала 6 поворачивается на пол-оборота, а связанный с ним шатун 4 перемещает поршень 3 от верхней мёртвой точки к нижней. В это время впускной клапан 2 открыт, а выпускной клапан 1 закрыт. По мере перемещения поршня увеличивается объем над поршнем, создается разрежение и в цилиндр всасывается горючая смесь. После заполнения цилиндра горючей смесью впускной клапан закрывается.

Рис. Основные процессы, происходящие в цилиндрах четырехтактного карбюраторного двигателя: а — такт впуска; б — такт сжатия; в — такт расширения (рабочий ход); г — такт выпуска; 1 — выпускной клапан; 2 — впускной клапан; 3 — поршень; 4 — шатун; 5 — кривошип коленчатого вала; 6 — коленчатый вал

Такт сжатия (рис. б). За время такта сжатия кривошип коленчатого вала совершает следующие пол-оборота, заставляя поршень перемещаться от нижней мертвой точки к верхней. Оба клапана остаются закрытыми. При этом рабочая смесь сжимается и нагревается, распыленные частицы горючего испаряются и в цилиндре создаются благоприятные условия для быстрого сгорания рабочей смеси. В конце этого такта рабочая смесь воспламеняется электрической искрой.

Такт расширения (рис. в). В начале такта расширения рабочая смесь быстро сгорает. При сгорании выделяется большое количество тепла, давление образующихся в цилиндре газов резко возрастает. Под давлением газов поршень, перемещаясь от верхней мертвой точки к нижней, при помощи шатуна вращает коленчатый вал двигателя. Кривошип коленчатого вала совершает очередные пол-оборота. Оба клапана при этом остаются закрытыми. По мере перемещения поршня объем над поршнем увеличивается, в результате чего давление и температура газов в цилиндре падают. Во время такта расширения газы совершают полезную работу, поэтому этот такт называется рабочим ходом.

Такт выпуска (рис. г). Во время такта выпуска цилиндр очищается от продуктов горения. Кривошип коленчатого вала совершает последние пол-оборота за данный рабочий цикл, а поршень перемещается от нижней мертвой точки к верхней. В это время впускной клапан закрыт, а выпускной открыт. По мере перемещения поршня отработавшие газы выталкиваются из цилиндра в атмосферу через систему выпуска.

На этом один рабочий цикл заканчивается и в той же последовательности начинается новый.

Таким образом, в рабочем цикле четырехтактного двигателя только один такт — такт расширения — является рабочим, остальные три такта вспомогательные и требуют затраты энергии. В одноцилиндровом двигателе вспомогательные такты совершаются за счет энергии, накапливаемой маховиком во время рабочего хода, а в многоцилиндровых двигателях — за счет энергии рабочих ходов, происходящих в это время в других цилиндрах.

Основы работы и конструкции двигателя

Рабочий цикл четырехтактного карбюраторного двигателя

В отличие от дизеля у карбюраторного двигателя воздух и топливо поступают в цилиндр одновременно в виде горючей смеси, приготовленной карбюратором.

Воспламенение горючей смеси происходит от искры, которая образуется в искровой свече зажигания, установленной в головке цилиндра.

Рабочий цикл четырехтактного карбюраторного двигателя протекает следующим образом.

Впуск. Поршень перемещается вниз. Впускной клапан открыт. Вследствие разрежения внутрь цилиндра через впускной канал поступает горючая смесь, которая перемешивается с остаточными газами, в результате чего образуется рабочая смесь.

Сжатие. Поршень движется вверх. Впускной и выпускной клапаны закрыты.

Объем над поршнем уменьшается, и рабочая смесь сжимается, благодаря чему улучшается испарение и перемешивание паров бензина с воздухом. К концу такта давление достигает 1,0... 1,2 МПа, а температура — 350... 400°С.

Рабочий ход или сгорание и расширение. Оба клапана закрыты. В конце такта сжатия рабочая смесь воспламеняется от искры.

Поршень под действием давления расширяющихся газов перемещается от в.м.т. к н.м.т. Давление газов достигает 2,5...4,0 МПа, а температура доходит до 2300°С.

Выпуск. Поршень движется вверх. Открыт выпускной клапан. Отработавшие газы выходят через выпускной канал наружу.

  Общее устройство и рабочий цикл двигателя. Двигатель

400° С. Рабочий цикл четырехтактного дизельного двигателя подобен карбюраторному и состоит.также из четырех тактов. Впуск — поршень перемещается от в. м. т. ... bibliotekar.ru/auto-uchebnik/3.htm

  Поршневые двигатели внутреннего сгорания ДВС

Размер двигателя (рабочий объем в литрах) определяется диаметром ... Цикл работы 4-тактного карбюраторного двигателя состоит из следующих тактов (рис. ... bibliotekar.ru/auto3/5.htm

  АВТОМОБИЛИ. Мотор сердце автомобиля

В четырехтактном двигателе внутреннего сгорания (ДВС) топливо сгорает внутри цилиндров, ... В данном случае рабочий цикл осуществляется за четыре хода поршня, ... Карбюраторный двигатель — двигатель внутреннего сгорания, ... bibliotekar.ru/encAuto/31.htm

  БЕНЗОПИЛА - бензин и масла для бензопил

Отличие рабочего цикла двухтактного двигателя от четырехтактного двигателя приводит к тому, что для смазки трущихся деталей (поршень, вал ) нельзя применить ... bibliotekar.ru/stanki/121.htm

  Порядок работы цилиндров. Система зажигания бензинового двигателя

У четырехтактных, четырехцилиндровых двигателей с рядным расположением цилиндров такты чередуются через 180° поворота ... 2. Общее устройство и рабочий цикл двигателя ... 7. Система смазки · 1. Горючая смесь для карбюраторного двигателя ... www.bibliotekar.ru/auto3/9.htm


Смотрите также

     ico 3M  ico armolan  ico suntek  ico llumar ico nexfil ico suncontrol jj rrmt aswf