Работа четырехтактного двигателя: «Цикл работы четырёхтактного двигателя внутреннего сгорания 1. впуск 2. сжатие 3. рабочий ход 4. выпуск впусквыпуск.». Скачать бесплатно и без регистрации.

Содержание

Работа четырехтактного v-образного восьмицилиндрового двигателя

Категория:

   Устройство и работа двигателя

Публикация:

   Работа четырехтактного v-образного восьмицилиндрового двигателя

Читать далее:



Работа четырехтактного v-образного восьмицилиндрового двигателя

В V-образном восьмицилиндровом двигателе цилиндры расположены в два ряда, по четыре цилиндра в каждом. Оси цилиндров пересекаются с осью коленчатого вала и расположены в соседних рядах под углом 90° друг к другу.

Общий коленчатый вал имеет четыре кривошипа. К шатунной шейке каждого кривошипа присоединяются нижние головки шатунов двух цилиндров, расположенных в одной поперечной плоскости. Для равномерного чередования тактов кривошипы вала расположены попарно в двух взаимно перпендикулярных плоскостях и в каждой паре под углом 180°. Если смотреть с переднего конца вала, то кривошипы располагаются следующим образом: I — вверх, IV — вниз, II — вправо и III — влево.

В каждом ряду цилиндров (правом и левом по ходу автомобиля) поршни цилиндров перемещаются навстречу один другому и одновременно приходят в мертвые точки. Поршни цилиндров также перемещаются навстречу один другому и такты, происходящие в них, смещаются относительно первой пары на V4 оборота коленчатого вала.

Рекламные предложения на основе ваших интересов:

При расположении двух рядов цилиндров’ под углом 90°, когда поршень одного цилиндра находится в какой-либо мертвой точке, поршень соседнего цилиндра находится примерно на середине своего хода. Поэтому такты, происходящие в левом ряду цилиндров, смещаются относительно соответствующих тактов, происходящих в цилиндрах правого ряда, на V4 оборота коленчатого вала.

Для цилиндров правого ряда возможно следующее чередование тактов: при первом полуобороте коленчатого вала в цилиндре поршень движется вниз (происходит рабочий ход), а в цилиндре поршень идет вверх (рабочая смесь сжимается). В цилиндре поршень сначала перемещается на половину хода вниз, а затем на половину хода вверх (заканчивается такт впуска и начинается такт сжатия).

В цилиндре поршень поднимается на половину хода вверх и на половину хода опускается вниз (заканчивается такт выпуска и начинается такт впуска). При дальнейших полуоборотах вала в каждом цилиндре такты будут чередоваться в обычной для четырехтактного двигателя последовательности, и к концу четвертого полуоборота вала в каждом цилиндре будет завершен полный рабочий цикл.

Указанное чередование тактов для правого ряда цилиндров показано на рис. 1, б. Для левого ряда цилиндров получается аналогичное чередование

тактов со смещением относительно соответствующих тактов в цилиндрах правого ряда на х/4 оборота вала.

Из рис. 1, в видно, что в четырехтактном восьмицилиндровом двигателе с V-образным расположением цилиндров рабочие ходы следуют один за другим с перекрытием на */2 хода поршня при порядке работы 1—5—4—2—6— 3-7-8.

Рис. 1. Схема и порядок работы четырехтактного V-образного восьмицилиндрового двигателя

Такие карбюраторные двигатели устанавливают на грузовых и легковых автомобилях ГАЗ и ЗИЛ. Дизель с такой же компоновкой и порядком работы выпускает Ярославский моторный завод (ЯМЗ-238).

Рекламные предложения:


Читать далее: Работа двухтактного рядного четырехцилиндрового дизеля

Категория: — Устройство и работа двигателя

Главная → Справочник → Статьи → Форум


Четырехтактный двигатель

Цилиндр двигателя закрыт крышкой, в которой располагаются клапаны для впуска свежего заряда и клапаны выпуска газов. Клапаны удерживаются в закрытом состоянии пружинами и давлением в цилиндре при процессах сжатия, сгорания и расширения. Открытие клапанов в нужные моменты производится газораспределительным механизмом.

Газораспределительный механизм состоит из рычагов, штанг и толкателей, на которые воздействуют кулачки распределительного вала.

Распределительный вал приводится в движение от коленчатого вала двигателя и имеет вдвое меньшую частоту вращения, чем коленчатый вал, вследствие чего каждый клапан открывается один раз за два оборота коленчатого вала. Взаимосвязь газораспределительного механизма с коленчатым валом находится в определенной механической зависимости. Эта зависимость устанавливается заводом-изготовителем двигателя и изображается диаграммой фаз (углов) газораспределения.

Диаграмма фаз газораспределения — паспортная характеристика определенного типа двигателя. Она на графике указывает фазы (углы) положений колена коленчатого вала, при которых происходят изменения термодинамического процесса в наиболее экономичном режиме в цилиндре двигателя. Диаграмма фаз газораспределения является руководящим документом проверки и регулировки поршневого двигателя внутреннего сгорания как при сборке в процессе изготовления, так и при ремонте двигателя.

Изменение давления рабочего тела в цилиндре двигателя за рабочий цикл, который фиксируется специальным прибором — индикатором — на диаграммной бумаге в координатах давления Р и рабочего объема КЛ, называется индикаторной диаграммой.

Рассмотрим термодинамический процесс рабочего цикла в четырехтактном двигателе (рис. 6.5).

Фаза ф;_2 — это угол, описываемый коленом коленчатого вала, при котором клапан впуска открыт. На индикаторной диаграмме

Рис. 6.5. Схема работы четырехтактного двигателя и индикаторные диаграммы: 1 — начало открытия впускного клапана; 2 — закрытие впускного клапана; 3 — начало подачи топлива; 4 — начало открытия выпускного клапана; 5 — закрытие выпускного клапана; а-г — такты рабочего цикла; Р0 — атмосферное давление; I — точка максимального давления газов в цилиндре этот процесс изображен линией 1-2 — процесс всасывания свежего заряда.

Фаза ф2-3 — это угол, описываемый коленом коленчатого вала, при котором оба клапана закрыты. На индикаторной диаграмме наблюдается процесс сжатия свежего заряда, при этом температура его достигает 500. 700 °С.

Фаза у3_4 — это угол, описываемый коленом коленчатого вала при закрытых клапанах впуска и выпуска. Точка 3 находится вблизи ВМТ. С этого момента в цилиндр двигателя подается топливо в мелкораспыленном виде, которое активно (при 7 = 500. образовавшихся газов, вследствие чего колено коленчатого вала успевает пройти ВМТ, и сила, равная произведению давления газов на площадь поршня, раскручивает коленчатый вал. Этот процесс расширения газов называют рабочим ходом поршня, и он заканчивается при положении колена коленчатого вала в точке 4.

Фаза ц>4_5 — это угол, описываемый коленом коленчатого вала, при котором открыт клапан выпуска. На индикаторной диаграмме этот процесс — выпуск отработавших газов — изображен линией 4-5. В позиции колена коленчатого вала 5 клапан выпуска закрывается, а клапан впуска открывается. Этим завершается рабочий цикл и начинается следующий.

Весь рабочий цикл совершился за четыре такта, поэтому такой двигатель называют четырехтактным.

Создание комбинированных двигателей явилось новым этапом в развитии ДВС. Цель создания комбинированных двигателей — получение более экономичного и мощного двигателя при малых его габаритах. Потребность в таких двигателях особенно велика на железнодорожном транспорте. Увеличение мощности двигателя при тех же габаритах осуществляется за счет компрессорного наддува. В комбинированном двигателе в качестве компрессорных машин используются почти все виды компрессоров, а в качестве расширительной машины применяется только газовая турбина.

Благодаря наддуву в цилиндры подается на каждый рабочий цикл больше воздуха, чем при всасывании, что дает возможность сжигать большее количество топлива. Это позволяет получать при одинаковых с обычным дизелем размерах цилиндров и той же частоте вращения вала большую мощность.

При сжатии в нагнетателе воздух нагревается, его удельный объем возрастает, что значительно уменьшает воздушный заряд в цилиндре; поэтому в дизелях со средним и высоким наддувом обязательно применяют охлаждение наддувочного воздуха перед поступлением его в цилиндры.

Охлаждение воздуха на каждые 10 °С дает увеличение мощности дизеля на 3.4% и снижение удельного расхода топлива примерно на 1,5.2,0 г/(кВт-ч). Экономичность комбинированного двигателя с наддувом повышается также вследствие увеличения механического КПД и дополнительного использования теплоты отработавших газов.

Индикаторная диаграмма комбинированного четырехтактного дизеля с газотурбинным наддувом представлена на рис. 6.6.

В двигателях с наддувом процесс зарядки цилиндра происходит иначе, чем у дизеля без наддува. Турбокомпрессор засасывает воздух при атмосферном давлении Р0 и сжимает его до давления Рк. Сжатый в компрессоре воздух проходит через охладитель и впускной коллектор. На пути от турбокомпрессора до цилиндра давление воздуха снижается от Рк до Ра, поэтому линия давления впуска расположена ниже линии Рк и выше линии Р0.

После заполнения цилиндра воздухом начинается процесс сжатия, который на индикаторной диаграмме изображен кривой 2- 3.

Рис. 6.6. Индикаторная диаграмма четырехтактного дизеля с газотурбинным наддувом:

Р0- атмосферное давление; Р„ — давление в период наполнения; Рг — давление в цилиндре в период выпуска; Рк — давление воздуха в наддувочном коллекторе; Кс — объем камеры сжатия; КЛ — рабочий объем; К„ — полный объем цилиндра; 1 — 5 — процесс продувки: 1 — открытие клапанов впуска; 2 — закрытие клапанов впуска; 3 — впрыск топлива в цилиндр; 4 — открытие клапанов выпуска; 5- закрытие клапанов выпуска; I — точка максимального давления газов в цилиндре

В конце сжатия в цилиндр впрыскивается через форсунку топливо, которое воспламеняется в точке 3. Процесс сгорания показан линией 3-1, а расширение газов происходит по кривой г- 4. В точке 4 открываются выпускные клапаны, и отработавшие газы выталкиваются в газовую турбину при давлении Рт. Газы проходят через направляющий аппарат на лопатки турбины, а затем выбрасываются в атмосферу. На диаграмме линия выпуска газа из цилиндра расположена выше атмосферной и ниже линии наполнения.

В четырехтактных двигателях энергии отработавших газов вполне достаточно, чтобы нагнетатель сжимал воздух до давления Рк, более высокого, чем Рт. В результате наддува площадь индикаторной диаграммы, а следовательно, и мощность двигателя значительно возрастают.

⇐ | Основные понятия и определения | | Устройство и ремонт тепловозов | | Двухтактный двигатель | ⇒

Общее устройство и работа двигателя

Двигатель внутреннего сгорания (ДВС) — самый распространенный тип двигателя легкового автомобиля. Работа двигателя этого типа основана на свойстве газов расширяться при нагревании. Источником теплоты в двигателе является смесь топлива с воздухом (горючая смесь).

Двигатели внутреннего сгорания бывают двух типов: бензиновые и дизельные. В бензиновом двигателе горючая смесь (бензина с воздухом) воспламеняется внутри цилиндра от искры, образующейся на свече зажигания 3 (рис. 3). В дизельном двигателе горючая смесь (дизельного топлива с воздухом) воспламеняется от сжатия, а свечи зажигания не применяются. На обоих типах двигателей давление образующейся при сгорании горючей смеси газов повышается и передается на поршень 7. Поршень перемещается вниз и через шатун 8 действует на коленчатый вал 11, принуждая его вращаться. Для сглаживания рывков и более равномерного вращения коленчатого вала на его торце устанавливается массивный маховик 9.

Рис.3. Схема одноцилиндрового двигателя.

Рассмотрим основные понятия о ДВС и принцип его работы.

В каждом цилиндре 2 (рис. 4) установлен поршень 1. Крайнее верхнее его положение называется верхней мертвой точкой (ВМТ), крайнее нижнее — нижней мертвой точкой (НМТ). Расстояние, пройденное поршнем от одной мертвой точки до другой, называется ходом поршня. За один ход поршня коленчатый вал повернется на половину оборота.

Рис.4. Схема цилиндра

Камера сгорания (сжатия) — это пространство между головкой блока цилиндров и поршнем при его нахождении в ВМТ.

Рабочий объем цилиндра — пространство, освобождаемое поршнем при перемещении его из ВМТ в НМТ.

Рабочий объем двигател — это рабочий объем всех цилиндров двигателя. Его выражают в литрах, поэтому нередко называют литражом двигателя.

Полный объем цилиндра — сумма объема камеры сгорания и рабочего объема цилиндра.

Степень сжатия показывает, во сколько раз полный объем цилиндра больше объема камеры сгорания. Степень сжатия у бензинового двигателя равна 8…10, у изельного — 20… 30.

От степени сжатия следует отличать компрессию.

Компрессия — это давление в цилиндре в конце такта сжатия характеризует техническое состояние (степень изношенности) двигателя. Если компрессия больше или численно равна степени сжатия, состояние двигателя можно считать нормальным.

Мощность двигателя — величина, показывающая, какую работу двигатель совершает в единицу времени. Мощность измеряется в киловаттах (кВт) или лошадиных силах (л. с), при этом одна лошадиная сила приблизительно равна 0,74 кВт.

Крутящий момент двигателя численно равен произведению силы, действующей на поршень во время расширения газов в цилиндре, на плечо ее действия (радиус кривошипа — расстояние от оси коренной шейки до оси шатунной шейки коленчатого вала). Крутящий момент определяет силу тяги на колесах автомобиля: чем больше крутящий момент, тем лучше динамика разгона автомобиля.

Максимальные мощность и крутящий момент развиваются двигателем при определенных частотах вращения коленчатого вала (указаны в технической характеристике каждого автомобиля).

Такт — процесс (часть рабочего цикла), который происходит в цилиндре за один ход поршня. Двигатель, рабочий цикл которого происходит за четыре хода поршня, называют четырехтактным независимо от количества цилиндров.

Рабочий цикл четырехтактного карбюраторного двигателя. Он протекает в одном цилиндре в такой последовательности (рис. 5):

Рис.5. Рабочий цикл четырехтактного двигателя

Рис.6. Схема работы четырехцилиндрового двигателя

1 -й такт — впуск. При движении поршня 3 вниз в цилиндре образуется разрежение, под действием которого через открытый впускной клапан 1 в цилиндр из системы питания поступает горючая смесь (смесь топлива с воздухом). Вместе с остаточными газами в цилиндре горючая смесь образует рабочую смесь и занимает полный объем цилиндра;

2-й такт — сжатие. Поршень под действием коленчатого вала и шатуна перемещается вверх. Оба клапана закрыты, и рабочая смесь сжимается до объема камеры сгорания;

3-й такт — рабочий ход, или расширение. В конце такта сжатия между электродами свечи зажигания возникает электрическая искра, которая воспламеняет рабочую смесь (в дизельном двигателе рабочая смесь самовоспламеняется). Под давлением расширяющихся газов поршень перемещается вниз и через шатун приводит во вращение коленчатый вал;

4-й такт — выпуск. Поршень перемещается вверх, и через открывшийся выпускной клапан 4 выходят наружу из цилиндра отработавшие газы.

При последующем ходе поршня вниз цилиндр вновь заполняется рабочей смесью, и цикл повторяется.

Как правило, двигатель имеет несколько цилиндров. На отечественных автомобилях обычно устанавливают четырехцилиндровые двигатели (на автомобилях «Ока» —двухцилиндровый). В многоцилиндровых двигателях такты работы цилиндров следуют друг за другом в определенной последовательности. Чередование рабочих ходов или одноименных тактов в цилиндрах многоцилиндровых двигателей в определенной последовательности называется порядком работы цилиндров двигателя. Порядок работы цилиндров в четырехцилиндровом двигателе чаще всего принят I —3—4—2 или реже I —2—4—3, где цифры соответствуют номерам цилиндров, начиная с передней части двигателя. Схема на рис. 6 характеризует такты, происходящие в цилиндрах во время первого полуоборота коленчатого вала. Порядок работы двигателя необходимо знать для правильного присоединения проводов высокого напряжения к свечам при установке момента зажигания и для последовательности регулировки тепловых зазоров в клапанах.

В действительности любой реальный двигатель гораздо сложнее упрощенной схемы, представленной на рис. 3. Рассмотрим типовые элементы конструкции двигателя и принципы их работы.

Последовательность работы четырехтактного двигателя. Четырех тактный двигатель, устройство и принцип работы

Нужно иметь некоторые представления о самом двигателе и его строении. Давайте разберемся со всем более подробно:

В устройстве двигателя поршень является ключевым элементом рабочего процесса. Поршень выполнен в виде металлического пустотелого стакана, расположенного сферическим дном (головка поршня) вверх. Направляющая часть поршня, иначе называемая юбкой, имеет неглубокие канавки, предназначенные для фиксации в них поршневых колец. Назначение поршневых колец – обеспечивать, во-первых, герметичность надпоршневого пространства, где при работе двигателя происходит мгновенное сгорание бензиново-воздушной смеси и образующийся расширяющийся газ не мог, обогнув юбку, устремиться под поршень. Во-вторых, кольца предотвращают попадание масла, находящегося под поршнем, в надпоршневое пространство. Таким образом, кольца в поршне выполняют функцию уплотнителей. Нижнее (нижние) поршневое кольцо называется маслосъемным, а верхнее (верхние) – компрессионным, то есть обеспечивающим высокую степень сжатия смеси.

Когда из карбюратора или инжектора внутрь цилиндра попадает топливно-воздушная или топливная смесь, она сжимается поршнем при его движении вверх и поджигается электрическим разрядом от свечи системы зажигания (в дизеле происходит самовоспламенение смеси за счет резкого сжатия). Образующиеся газы сгорания имеют значительно больший объем, чем исходная топливная смесь, и, расширяясь, резко толкают поршень вниз. Таким образом тепловая энергия топлива преобразуется в возвратно-поступательное (вверх-вниз) движение поршня в цилиндре.

Далее необходимо преобразовать это движение во вращение вала. Происходит это следующим образом: внутри юбки поршня расположен палец, на котором закрепляется верхняя часть шатуна, последний шарнирно зафиксирован на кривошипе коленчатого вала. Коленвал свободно вращается на опорных подшипниках, что расположены в картере двигателя внутреннего сгорания. При движении поршня шатун начинает вращать коленвал, с которого крутящий момент передается на трансмиссию и – далее через систему шестерен – на ведущие колеса.

Технические характеристики двигателя.Характеристики двигателя При движении вверх-вниз у поршня есть два положения, которые называются мертвыми точками. Верхняя мертвая точка (ВМТ) – это момент максимального подъема головки и всего поршня вверх, после чего он начинает движение вниз; нижняя мертвая точка (НМТ) – самое нижнее положение поршня, после которого вектор направления меняется и поршень устремляется вверх. Расстояние между ВМТ и НМТ названо ходом поршня, объем верхней части цилиндра при положении поршня в ВМТ образует камеру сгорания, а максимальный объем цилиндра при положении поршня в НМТ принято называть полным объемом цилиндра. Разница между полным объемом и объемом камеры сгорания получила наименование рабочего объема цилиндра.


Суммарный рабочий объем всех цилиндров двигателя внутреннего сгорания указывается в технических характеристиках двигателя, выражается в литрах, поэтому в обиходе именуется литражом двигателя. Второй важнейшей характеристикой любого ДВС является степень сжатия (СС), определяемая как частное от деления полного объема на объем камеры сгорания. У карбюраторных двигателей СС варьирует в интервале от 6 до 14, у дизелей – от 16 до 30. Именно этот показатель, наряду с объемом двигателя, определяет его мощность, экономичность и полноту сгорания топливо-воздушной смеси, что влияет на токсичность выбросов при работе ДВС.
Мощность двигателя имеет бинарное обозначение – в лошадиных силах (л. с.) и в киловаттах (кВт). Для перевода единиц одна в другую применяется коэффициент 0,735, то есть 1 л.с. = 0,735 кВт.
Рабочий цикл четырехтактного ДВС определяется двумя оборотами коленчатого вала – по пол-оборота на такт, соответствующий одному ходу поршня. Если д вигатель одноцилиндровый, то в его работе наблюдается неравномерность: резкое ускорение хода поршня при взрывном сгорании смеси и замедление его по мере приближения к НМТ и далее. Для того, чтобы эту неравномерность купировать, на валу за пределами корпуса мотора устанавливается массивный диск-маховик с большой инерционностью, благодаря чему момент вращения вала во времени становится более стабильным.

Принцип работы двигателя внутреннего сгорания


Современный автомобиль, чаше всего, приводится в движение двигателем внутреннего сгорания. Таких двигателей существует огромное множество. Различаются они объемом, количеством цилиндров, мощностью, скоростью вращения, используемым топливом (дизельные, бензиновые и газовые ДВС). Но, принципиально, устройство двигателя внутреннего сгорания, похоже.
Как работает двигатель и почему называется четырехтактным двигателем внутреннего сгорания? Про внутреннее сгорание понятно. Внутри двигателя сгорает топливо. А почему 4 такта двигателя, что это такое? Действительно, бывают и двухтактные двигатели. Но на автомобилях они используются крайне редко.
Четырехтактным двигатель называется из-за того, что его работу можно разделить на четыре, равные по времени, части. Поршень четыре раза пройдет по цилиндру – два раза вверх и два раза вниз. Такт начинается при нахождении поршня в крайней нижней или верхней точке. У автомобилистов-механиков это называется верхняя мертвая точка (ВМТ) и нижняя мертвая точка (НМТ).

Первый такт — такт впуска

Первый такт, он же впускной, начинается с ВМТ (верхней мертвой точки). Двигаясь вниз, поршень, всасывает в цилиндр топливовоздушную смесь. Работа этого такта происходит при открытом клапане впуска. Кстати, существует много двигателей с несколькими впускными клапанами. Их количество, размер, время нахождения в открытом состоянии может существенно повлиять на мощность двигателя. Есть двигатели, в которых, в зависимости от нажатия на педаль газа, происходит принудительное увеличение времени нахождения впускных клапанов в открытом состоянии. Это сделано для увеличения количества всасываемого топлива, которое, после возгорания, увеличивает мощность двигателя. Автомобиль, в этом случае, может гораздо быстрее ускориться.

Второй такт — такт сжатия

Следующий такт работы двигателя – такт сжатия . После того как поршень достиг нижней точки, он начинает подниматься вверх, тем самым, сжимая смесь, которая попала в цилиндр в такт впуска. Топливная смесь сжимается до объемов камеры сгорания. Что это за такая камера? Свободное пространство между верхней частью поршня и верхней частью цилиндра при нахождении поршня в верхней мертвой точке называется камерой сгорания. Клапаны, в этот такт работы двигателя закрыты полностью. Чем плотнее они закрыты, тем сжатие происходит качественнее. Большое значение имеет, в данном случае, состояние поршня, цилиндра, поршневых колец. Если имеются большие зазоры, то хорошего сжатия не получится, а соответственно, мощность такого двигателя будет гораздо ниже. Компрессию можно проверить специальным прибором. По величине компрессии можно сделать вывод о степени износа двигателя.

Третий такт — рабочий ход

Третий такт – рабочий, начинается с ВМТ. Рабочим он называется неслучайно. Ведь именно в этом такте происходит действие, заставляющее автомобиль двигаться. В этом такте в работу вступает система зажигания. Почему эта система так называется? Да потому, что она отвечает за поджигание топливной смеси, сжатой в цилиндре, в камере сгорания. Работает это очень просто – свеча системы дает искру. Справедливости ради, стоит заметить, что искра выдается на свече зажигания за несколько градусов до достижения поршнем верхней точки. Эти градусы, в современном двигателе, регулируются автоматически «мозгами» автомобиля.
После того как топливо загорится, происходит взрыв – оно резко увеличивается в объеме, заставляя поршень двигаться вниз. Клапаны в этом такте работы двигателя, как и в предыдущем, находятся в закрытом состоянии.

Четвертый такт — такт выпуска

Четвертый такт работы двигателя, последний – выпускной. Достигнув нижней точки, после рабочего такта, в двигателе начинает открываться выпускной клапан. Таких клапанов, как и впускных, может быть несколько. Двигаясь вверх, поршень через этот клапан удаляет отработавшие газы из цилиндра – вентилирует его. От четкой работы клапанов зависит степень сжатия в цилиндрах, полное удаление отработанных газов и необходимое количество всасываемой топливно-воздушной смеси.

После четвертого такта наступает черед первого. Процесс повторяется циклически. А за счет чего происходит вращение – работа двигателя внутреннего сгорания все 4 такта, что заставляет поршень подниматься и опускаться в тактах сжатия, выпуска и впуска? Дело в том, что не вся энергия, получаемая в рабочем такте, направляется на движение автомобиля. Часть энергии идет на раскручивание маховика. А он, под действием инерции, крутит коленчатый вал двигателя, перемещая поршень в период «нерабочих» тактов.

Газораспределительный механизм

Газораспределительный механизм (ГРМ) предназначен для впрыска топлива и выпуска отработанных газов в двигателях внутреннего сгорания. Сам механизм газораспределения делится на нижнеклапанный, когда распределительный вал находится в блоке цилиндров, и верхнеклапанный. Верхнеклапанный механизм подразумевает нахождение распредвала в головке блока цилиндров (ГБЦ). Существуют и альтернативные механизмы газораспределения, такие как гильзовая система ГРМ, десмодромная система и механизм с изменяемыми фазами.
Для двухтактных двигателей механизм газораспределения осуществляется при помощи впускных и выпускных окон в цилиндре. Для четырехтактных двигателей самая распространенная система верхнеклапанная, о ней и пойдет речь ниже.

Устройство ГРМ
В верхней части блока цилиндров находится ГБЦ (головка блока цилиндров) с расположенными на ней распределительным валом, клапанами, толкателями или коромыслами. Шкив привода распредвала вынесен за пределы головки блока цилиндров. Для исключения протекания моторного масла из-под клапанной крышки, на шейку распредвала устанавливается сальник. Сама клапанная крышка устанавливается на масло- бензо- стойкую прокладку. Ремень ГРМ или цепь одевается на шкив распредвала и приводится в действие шестерней коленчатого вала. Для натяжения ремня используются натяжные ролики, для цепи натяжные «башмаки». Обычно ремнем ГРМ приводится в действие помпа водяной системы охлаждения, промежуточный вал для системы зажигания и привод насоса высокого давления ТНВД (для дизельных вариантов).
С противоположной стороны распределительного вала посредством прямой передачи или при помощи ремня, могут приводиться в действие вакуумный усилитель, гидроусилитель руля или автомобильный генератор.

Распредвал представляет собой ось с проточенными на ней кулачками. Кулачки расположены по валу так, что в процессе вращения, соприкасаясь с толкателями клапанов, нажимают на них точно в соответствии с рабочими тактами двигателя.


Существуют двигатели и с двумя распредвалами (DOHC) и большим числом клапанов. Как и в первом случае, шкивы приводятся в действие одним ремнем ГРМ и цепью. Каждый распредвал закрывает один тип клапанов впускных или выпускных.
Клапан нажимается коромыслом (ранние версии двигателей) или толкателем. Различают два вида толкателей. Первый – толкатели, где зазор регулируется калибровочными шайбами, второй – гидротолкатели. Гидротолкатель смягчает удар по клапану благодаря маслу, которое находится в нем. Регулировка зазора между кулачком и верхней частью толкателя не требуется.


Принцип работы ГРМ

Весь процесс газораспределения сводится к синхронному вращению коленчатого вала и распределительного вала. А так же открыванию впускных и выпускных клапанов в определенном месте положения поршней.
Для точного расположения распредвала относительно коленвала используются установочные метки. Перед одеванием ремня газораспределительного механизма совмещаются и фиксируются метки. Затем одевается ремень, «освобождаются» шкивы, после чего ремень натягивается натяжным(и) роликами.
При открывании клапана коромыслом происходит следующее: распредвал кулачком «наезжает» на коромысло, которое нажимает на клапан, после прохождения кулачка, клапан под действием пружины закрывается. Клапаны в этом случае располагаются v-образно.
Если в двигателе применены толкатели, то распредвал находится непосредственно над толкателями, при вращении, нажимая своими кулачками на них. Преимущество такого ГРМ малые шумы, небольшая цена, ремонтопригодность.
В цепном двигателе весь процесс газораспределения тот же, только при сборке механизма, цепь одевается на вал совместно со шкивом.

Кривошипно-шатунный механизм

Кривошипно-шатунный механизм (далее сокращенно – КШМ) – механизм двигателя. Основным назначением КШМ является преобразование возвратно-поступательных движений поршня цилиндрической формы во вращательные движения коленчатого вала в двигателе внутреннего сгорания и, наоборот.


Устройство КШМ


Поршень

Поршень имеет вид цилиндра, изготовленного из сплавов алюминия. Основная функция этой детали заключается в превращении в механическую работу изменение давления газа, или наоборот, – нагнетание давления за счет возвратно-поступательного движения.
Поршень представляет собой сложенные воедино днище, головку и юбку, которые выполняют совершенно разные функции. Днище поршня плоской, вогнутой или выпуклой формы содержит в себе камеру сгорания. Головка имеет нарезанные канавки, где размещаются поршневые кольца (компрессионные и маслосъемные). Компрессионные кольца исключают прорыв газов в картер двигателя, а поршневые маслосъемные кольца способствуют удалению излишков масла на внутренних стенках цилиндра. В юбке расположены две бобышки, обеспечивающие размещение соединяющего поршень с шатуном поршневого пальца.

Шатун

Изготовленный штамповкой или кованый стальной (реже – титановый) шатун имеет шарнирные соединения. Основная роль шатуна состоит в передаче поршневого усилия к коленчатому валу. Конструкция шатуна предполагает наличие верхней и нижней головки, а также стержня с двутавровым сечением. В верхней головке и бобышках находится вращающийся («плавающий») поршневой палец, а нижняя головка – разборная, позволяя, тем самым, обеспечить тесное соединение с шейкой вала. Современная технология контролируемого раскалывания нижней головки позволяет обеспечить высокую точность соединения ее частей.

Коленчатый вал

Изготовленный из стали или чугуна высокой прочности коленчатый вал состоит из шатунных и коренных шеек, соединенных щеками и вращающихся в подшипниках скольжения. Щеки создают противовес шатунным шейкам. Основная функция коленчатого вала состоит в восприятии усилия от шатуна для преобразования его в крутящий момент. Внутри щек и шеек вала предусмотрены отверстия для подачи под давлением масла системой смазки двигателя.

Блок и головка цилиндров

Блок цилиндров и головка блока цилиндров отливаются из чугуна (реже – сплавов алюминия). В блоке цилиндров предусмотрены рубашки охлаждения, постели для подшипников коленчатого и распределительного валов, а также точки крепления приборов и узлов. Сам цилиндр выполняет функцию направляющей для поршней. Головка блока цилиндра располагает в себе камеру сгорания, впускные-выпускные каналы, специальные резьбовые отверстия для свечей системы зажигания, втулки и запрессованные седла. Герметичность соединения блока цилиндров с головкой обеспечены прокладкой. Кроме того, головка цилиндра закрыта штампованной крышкой, а между ними, как правило, устанавливается прокладка из маслостойкой резины.

В целом, поршень, гильза цилиндров и шатун формируют цилиндр или цилиндропоршневую группу кривошипно-шатунного механизма. Современные двигатели могут иметь до 16 и более цилиндров.

Заголовок

Сегодня редко встретишь человека, который не имел бы понятия о двигателях
внутреннего сгорания (ДВС). Не один десяток транспортных средств, бензогенераторов и
любых иных устройств, использующие в качестве привода тактный двигатель
внутреннего сгорания (ДВС).

Немного истории

Уже в 19 веке, в связи с тем, что устройства в промышленности и различные механизмы
нуждались в создании привода, которые отличался особенной эффективностью. Это и
послужило поводом для появления двигателя такого типа. На тот момент, в ходу был
двигатель, работающий на пару. Но он обладал массой недостатков – низким КПД,
большими габаритами и нуждался в квалифицированном обслуживании с большой
временной затратой на его запуск и остановку.
Промышленности был необходим новый агрегат, у которого не было бы подобных
недостатков. Таким агрегатом стал ДВС, у которого за счет сгорания химической энергии
топлива в рабочей зоне, преобразуясь, тем самым, в механическую работу. Из-за
сильного шума, токсичных выбросов их нельзя назвать совершенными, но из-за своей
автономности эти двигатели получили огромное распространение. Есть еще один
недостаток, который относится к основным – это возможность производить высокую
мощность только в условиях узкого диапазона оборотов. В связи с этим к основным
атрибутам ДВС относится трансмиссия и стартер. Также для ДВС необходимы:

Виды ДВС

Двигатели различают по виду потребляемого ими топлива и могут различаться на:

  • Карбюраторные – этот тип моторов характеризуется работой на бензине при
    принудительном зажигании. Принцип работы основан на поступлении топлива в
    цилиндры после того, как смешивается с воздухом.
  • Дизельные – характеризуется своей работой на дизеле. Принцип работы агрегата
    основан на работе форсунок – смешивание дизельного топлива с воздухом в
    цилиндре.
  • Газовые – принцип работы заключается на пропано-бутановом газе. Перед
    подачей газа в цилиндры, в карбюраторе происходит смешивание газа с воздухом.
    ДВС.

Рабочий процесс

Рабочий процесс четырехтактного агрегата заключена в совершении ряда задач,
принцип которых заключается в усиление мощности, воздействующей на коленвал
двигателя. Такие функции, как:

  • Впуск – за счет движения поршня вниз происходит заполнение цилиндра горючей
    смесью;
  • Сжатие – за счет движения поршня вверх происходит сжатие рабочей смеси;
  • Расширение или рабочий ход – смесь воспламеняется за счет сжатия или
    электрической искры, образуя горючие газы, которые приводят поршень к
    движению в ВМТ. Расширение газов происходит от взрывной силы и приводит к
    движению поршня в НМТ;
  • четвертый такт или выпуск – поршень начинает подниматься в верхнюю точку, что
    приводит к выталкиванию продуктов сгорания из цилиндра.

Все эти 4 такта составляют рабочий цикл мотора.
Тогда появляется вполне разумный вопрос – что такое такт? Такт представляет собой
движение (вверх или вниз) поршня. Один оборот коленвала равен двум тактам. А тот
такт, который сопровождается расширением сгоревших газов и приводит к совершению
полезной работы, относится к рабочему ходу поршня. Таким образом, два оборота
коленвала равно 4 тактам – что послужило названием четырехтактного двигателя.
Устройство ДВС Невозможно понять принцип работы тактного движка без ознакомления с его
основными составляющими, к которым можно отнести:

  • Один (бывает несколько) блок цилиндров;
  • Кривошипно-шатунный механизм, который состоит из коленвала, поршней и
    шатунов;
  • Головка блока с газораспределительным механизмом (ГРМ).

Газораспределительный механизм

Кривошипно-шатунного механизм принцип работы которого связан с преобразованием
поступательно-возвратного движения поршней во вращение коленвала. Этому движению
способствует энергия, которая получается в цилиндрах от сгорания топлива.
Для отлаженной работы этого механизма необходим ГРМ, принцип его работы основан
в открытии впускных и выпускных клапанов, для того чтобы впустить рабочую смесь и
выпустить отработавшие газы. В составе ГРМ может быть более одного распредвала,
которые имеют кулачки, толкающие клапаны, клапанов и возвратных пружин.
Бесперебойную работу четырехтактного движка обеспечивают вспомогательные
системы с четко налаженной работой:

  • Система зажигания. Отвечает за то, чтобы в цилиндрах воспламенялась горючая
    смесь;
  • Выпускная система. Отвечает за подачу воздуха для того, чтобы происходило
    образование рабочей смеси;
  • Топливная система. Отвечает за то, чтобы непрерывно осуществлялась подача
    топлива, в том числе для получения смеси воздуха с горючим;
  • Система смазки – для того, чтобы регулярно смазывались трущиеся детали с
    одновременным удалением продуктов износа;
  • Выхлопная система. Принцип этой системы заключается в удалении
    отработанных газов из цилиндров и снижение токсичности;
  • Система охлаждения. Следит за тем, чтобы поддерживать температуру для
    налаженной работы движка.

Описание одного цикла

Как уже говорилось выше, один цикл равен 4 тактам.

  • В течение первого тактного хода происходит толчок кулачком распредвала на
    впускной клапан, в результате чего он открывается, и поршень начинает движение
    вниз. В цилиндре, за счет разряжения, идет поступление в него рабочей смеси.
    Шатуном, через поршень придается сообщение движения коленвалу, который
    проворачивается на 0,5 оборота (180 градусов) в момент, когда поршнем
    достигнута НМТ.
  • В течение второго тактного хода (сжатие) – впускной клапан закрывается.
    Поршень, в свою очередь начинает движение вверх, тем самым, осуществляя
    сжатие и нагрев рабочей смеси. К концу тактного хода, принцип заключается в
    подаче электрического разряда на свечу при помощи системы зажигания, что
    приводит к образованию искры, с помощью которой происходит поджиг сжатой
    топливно-воздушной смеси. Коленвал проворачивается еще на 0,5 оборота. Таким
    образом, коленвал за два тактного хода выполнил один (360 градусов) полный
    оборот.
  • В течение третьего тактного хода, его еще называют рабочий ход — в результате
    которого газы, образованные во время сгорания топлива расширяются, и приводят
    в движение поршень к нижнему крайнему положению. Коленвалу через шатун
    передается энергия поршнем, заставляя его проворачиваться еще на 0,5 оборота.
     Достигнув НМТ, начинается 4 такт – выпуск. В течение этого тактного хода
    кулачок распредвала толчком открывает выпускной клапан, происходит движение
    поршня вверх, который и выгоняет из цилиндра отработанные газы. Коленвал
    вновь проворачивается на 0,5 оборота.


Установка четырехтактного движка может иметь несколько цилиндров. Чтобы
обеспечить равномерную и отлаженную работу движку в разных цилиндрах одновременно
совершаются разные такты, и на каждый поворот коленвала в каком-то из цилиндров осуществляется рабочий ход. Это дает возможность уравновесить силы, оказывающие
действие на коленвал за счет снижения вибраций, тем самым, обеспечивая ровную работу
четырехтактного силового агрегата (ДВС).

Четырехтактный двигатель представляет собой одну из категорий ДВС. Такой двигатель может относиться только к поршневым двигателям внутреннего сгорания. Принцип его работы заключается в следующем: в поршневом ДВС рабочий процесс происходит за два оборота коленчатого вала, в каждом из цилиндров. Таким образом, два оборота коленчатого вала равны четырем ходам поршня, или такта.

Принято выделять следующие четыре такта:

  1. Впуск, или такт впуска: через открытый клапан в цилиндр двигателя поступает свежая порция топливно-воздушной смеси.
  2. Сжатие, или такт сжатия: топливно-воздушная смесь сжимается, при этом все клапаны закрыты.
  3. Рабочий ход, или такт рабочего хода: топливо, которое сжалось, начинает воспламеняться при помощи свечи зажигания, которая находится под поршнем. Энергия, высвобождаемая при сгорании, начинает воздействовать на поршень, который в свою очередь начинает перемещаться вниз. Можно сказать, что именно на этом такте происходит работа двигателя автомобиля.
  4. Выпуск, или такт выпуска: выпускной клапан открывается, после чего из него выходят выхлопные газы, которые затем попадают в атмосферу. Цилиндр очищается.

Когда четвертый такт заканчивается, то повторяется все то же самое, в аналогичном порядке.

К главным преимуществам 4-х тактного двигателя можно отнести следующие характеристики: большая экономичность, большой ресурс, маленький шум, более чистый . Кроме того, в этом случае не нужна сложная выхлопная система и предварительное смешивание масла и бензина.

Рабочий цикл четырехтактного карбюраторного двигателя

Двигатели внутреннего сгорания отличаются друг от друга рабочим циклом, по которому они работают.

Рабочий цикл – это комплекс последовательных рабочих процессов, периодически повторяющихся в каждом цилиндре при работе двигателя.

Рабочий процесс, происходящий в цилиндре за один ход поршня, называется тактом.

По числу тактов, составляющих рабочий цикл, двигатели делятся на два вида:

четырехтактные, в которых рабочий цикл совершается за четыре хода поршня,

двухтактные, в которых рабочий цикл совершается за два хода поршня.

На легковых автомобилях, как правило, применяются четырехтактные двигатели, а на мотоциклах и моторных лодках – двухтактные. О путешествиях по водным просторам поговорим как-нибудь потом, а с четырьмя тактами работы автомобильного двигателя разберемся сейчас.

Рабочий цикл четырехтактного карбюраторного двигателя состоит из следующих тактов:

– впуск горючей смеси,

– сжатие рабочей смеси,

– рабочий ход,

– выпуск отработавших газов.

Рис. 8. Рабочий цикл четырехтактного карбюраторного двигателя: а) впуск; б) сжатие; в) рабочий ход; г) выпуск

Первый такт – впуск горючей смеси (рис. 8а ).

Горючей смесью называется смесь мелко распыленного бензина с воздухом в определенной пропорции. Приготовлением смеси в двигателе занимается карбюратор или форсунка, о чем мы поговорим чуть позже. А пока следует знать, что соотношение бензина к воздуху примерно 1:15 считается оптимальным для обеспечения нормального процесса сгорания.

При такте впуска поршень от верхней мертвой точки перемещается к нижней мертвой точке. Объем над поршнем увеличивается. Цилиндр заполняется горючей смесью через открытый впускной клапан. Иными словами, поршень всасывает горючую смесь.

Впуск смеси продолжается до тех пор, пока поршень не дойдет до нижней мертвой точки. За первый такт работы двигателя кривошип коленчатого вала поворачивается на пол-оборота.

В процессе заполнения цилиндра горючая смесь перемешивается с остатками отработавших газов и меняет свое название, теперь эта смесь называется рабочая.

Второй такт – сжатие рабочей смеси (рис. 8б ).

При такте сжатия поршень от нижней мертвой точки перемещается к верхней мертвой точке. Оба клапана плотно закрыты, поэтому рабочая смесь сжимается.

Из школьной физики всем известно, что при сжатии газов их температура повышается. Давление в цилиндре над поршнем в конце такта сжатия достигает 9–10 кг/см², а температура 300–400°С.

В заводской инструкции к автомобилю можно увидеть один из параметров двигателя с названием – «степень сжатия» (например 8,5). А что это такое?

Степень сжатия показывает, во сколько раз полный объем цилиндра больше объема камеры сгорания (Vn/Vc – см. рис. 7). У бензиновых двигателей в конце такта сжатия объем над поршнем уменьшается в 8–11 раз.

В процессе такта сжатия коленчатый вал двигателя поворачивается на очередные пол-оборота. От начала первого такта и до окончания второго, он повернется уже на один оборот.

Третий такт – рабочий ход (рис. 8в ).

Во время третьего такта происходит преобразование выделяемой при сгорании рабочей смеси энергии в механическую работу. Давление от расширяющихся газов передается на поршень и затем, через шатун и кривошип, на коленчатый вал.

Вот откуда берется та сила, которая заставляет вращаться коленчатый вал двигателя и, в конечном итоге, ведущие колеса автомобиля.

В самом конце такта сжатия рабочая смесь воспламеняется от электрической искры, проскакивающей между электродами свечи зажигания. В начале такта рабочего хода сгорающая смесь начинает активно расширяться. Поскольку впускной и выпускной клапаны все еще закрыты, то расширяющимся газам остается только один единственный выход – давить на подвижный поршень.

Под действием давления, достигающего величины 50 кг/см², поршень начинает перемещаться к нижней мертвой точке. При этом на всю площадь поршня давит сила в несколько тонн, которая через шатун передается на кривошип коленчатого вала, создавая крутящий момент.

При такте рабочего хода температура в цилиндре достигает более 2000 градусов.

Коленчатый вал при рабочем ходе делает очередные пол-оборота.

Четвертый такт – выпуск отработавших газов (рис. 8г ).

При движении поршня от нижней мертвой точки к верхней мертвой точке открывается выпускной клапан (впускной все еще закрыт), и отработавшие газы с огромной скоростью выбрасываются из цилиндра двигателя.

Вот почему слышен тот сильный грохот, когда по дороге движется автомобиль без глушителя, но об этом позже. А пока обратим внимание на коленчатый вал двигателя – при такте выпуска он делает еще пол-оборота. И всего, за четыре такта рабочего цикла, он сделал два полных оборота.

После такта выпуска начинается новый рабочий цикл, и все повторяется: впуск – сжатие – рабочий ход – выпуск… и так далее.

Теперь, интересно, кто из вас обратил внимание на то, что полезная механическая работа совершается одноцилиндровым двигателем только в течение одного такта – такта рабочего хода! Остальные три такта (выпуск, впуск и сжатие) являются лишь подготовительными и совершаются они за счет кинетической энергии вращающихся по инерции коленчатого вала и маховика.

Маховик (рис. 9)это массивный металлический диск, который крепится на коленчатом валу двигателя. Во время рабочего хода поршень через шатун и кривошип раскручивает коленчатый вал двигателя, который передает маховику запас энергии вращения.


Рис. 9. Коленчатый вал двигателя с маховиком: 1 шатунная шейка; 2 – противовес; 3 – маховик с зубчатым венцом; 4 – коренная (опорная) шейка; 5 – коленчатый вал двигателя

Запасенная в массе маховика энергия вращения позволяет ему в обратном порядке через коленчатый вал, шатун и поршень осуществлять подготовительные такты рабочего цикла двигателя. Поршень движется вверх (при такте выпуска и сжатия) и вниз (при такте впуска) именно за счет отдаваемой маховиком энергии.

Если двигатель имеет несколько цилиндров, работающих в определенном порядке, то подготовительные такты в одних цилиндрах совершаются за счет энергии, развиваемой в других, ну и маховик, конечно, тоже помогает.

В детстве у вас наверняка была игрушка, которая называлась волчок. Вы раскручивали его энергией своей руки (рабочий ход ) и радостно наблюдали за тем, как долго он вращается. Точно так же и массивный маховик двигателя – раскрутившись, он запасает энергию, но только значительно большую, чем детская игрушка, а затем эта энергия используется для перемещения поршня в подготовительных тактах.

Дизельные двигатели

Главной особенностью работы дизельного двигателя является то, что топливо подается форсункой или насосом-форсункой непосредственно в цилиндр двигателя под большим давлением в конце такта сжатия. Необходимость подачи топлива под большим давлением обусловлена тем, что степень сжатия у таких двигателей значительно больше, чем у бензиновых.

Поскольку давление и температура в цилиндре дизельного двигателя очень велики, то происходит самовоспламенение топлива. Это означает, что искусственно поджигать смесь не надо. Поэтому у дизельных двигателей отсутствуют не только свечи, но и вся система зажигания.

Рабочий цикл четырехтактного дизельного двигателя

Первый такт – впуск, служит для наполнения цилиндра двигателя только воздухом.

При движении поршня от верхней мертвой точки к нижней мертвой точке происходит всасывание воздуха через открытый впускной клапан.

Второй такт – сжатие, необходим для подготовки к самовоспламенению дизельного топлива.

При движении к верхней мертвой точке поршень сжимает воздух в 18–22 раза (у бензиновых в 8–11 раз). Поэтому в конце такта сжатия, давление над поршнем достигает 40 кг/см², а температура поднимается выше 500градусов.

Третий такт – рабочий ход, служит для преобразования энергии сгораемого топлива в механическую работу.

В конце такта сжатия в камеру сгорания через форсунку под давлением подается дизельное топливо, которое самовоспламеняется за счет высокой температуры сжатого воздуха.

При сгорании дизельного топлива расширяющиеся газы создают усилие, которое перемещает поршень к нижней мертвой точке и через шатун проворачивает коленчатый вал.

Во время рабочего хода давление в цилиндре достигает 100 кг/см², а температура превышает 2000°С.

Четвертый такт – выпуск отработавших газов, служит для освобождения цилиндра от отработавших газов.

Поршень от нижней мертвой точки поднимается к верхней мертвой точке и, через открытый выпускной клапан, выталкивает отработавшие газы.

При последующем движении вниз поршень засасывает свежую порцию воздуха, происходит такт впуска и рабочий цикл повторяется.

В дизельном двигателе нагрузки на все механизмы и детали значительно больше, чем в бензиновом, и это закономерно приводит к увеличению его массы, размеров и стоимости.

В то же время, дизельный двигатель имеет и неоспоримые преимущества – меньший расход топлива, чем у его бензинового «брата», а также отсутствие системы зажигания, что значительно уменьшает количество возможных неисправностей при эксплуатации.

Кривошипно-шатунный механизм (КШМ)

Кривошипно-шатунный механизм предназначен для преобразования возвратно-поступательного движения поршня в цилиндре во вращательное движение коленчатого вала двигателя.

Ранее рассматривалась работа одноцилиндрового двигателя. Это было необходимо для простоты восприятия протекающих в нем процессов.

На большинстве легковых автомобилей, как отечественных, так и зарубежных, устанавливаются четырехцилиндровые двигатели. Конечно, существуют варианты и с другим количеством цилиндров (от двух до двенадцати), но в объеме этой книги мы ограничимся знакомством именно с четырехцилиндровым двигателем, так как он является самым распространенным.


Рис. 10. Основные детали четырехцилиндрового бензинового двигателя: а) продольный разрез; б) поперечный разрез; 1 – блок цилиндров; 2 – головка блока цилиндров; 3 – поддон картера; 4 – поршни с кольцами и пальцами; 5 – шатуны; 6 – коленчатый вал; 7 – маховик; 8 – распределительный вал; 9 – рычаги; 10 – впускные клапаны; 11 – выпускные клапаны; 12 – пружины клапанов; 13 – впускные и выпускные каналы

Кривошипно-шатунный механизм состоит из (рис. 10):

– блока цилиндров с картером;

– головки блока цилиндров;

– поддона картера двигателя;

– поршней с кольцами и пальцами;

– шатунов;

– коленчатого вала;

– маховика.

Блок цилиндров объединяет в себе не только уже известные нам цилиндры и шатунно-поршневую группу, но и другие системы двигателя. Блок является основой двигателя, в которой имеется множество литых каналов и сверлений, подшипников и заглушек. Именно в блоке вращается (на подшипниках) коленчатый вал. Во внутренних полостях блока циркулирует жидкость системы охлаждения, там же проходят и масляные каналы системы смазки двигателя. Большая часть из навесного оборудования двигателя монтируется, опять же, на блоке цилиндров. Нижняя часть блока называется картером.

Головка блока цилиндров является второй по значимости и по величине составной частью двигателя. В головке расположены камеры сгорания, клапаны и свечи цилиндров, в ней же на подшипниках вращается распределительный вал с кулачками. В головке, как и в блоке цилиндров, имеются водяные и масляные каналы и полости. Головка крепится к блоку цилиндров и при работе двигателя составляет с блоком единое целое.

Устройство и взаимодействие основных деталей кривошипно-шатунного механизма (шатунно-поршневой группы) мы с вами рассмотрели ранее, при изучении работы ног велосипедиста и рабочего цикла двигателя.

Для тех, кто уже вернулся обратно на эту страницу, предлагается небольшой экскурс в мир цифр.

На холостом ходу коленчатый вал двигателя вращается со скоростью приблизительно 800–900 оборотов в минуту (13–15 об/сек). На средней и большой скорости движения автомобиля число оборотов коленчатого вала в минуту составляет от 2000 до 4000. А в ходе автомобильных соревнований, у специально подготовленных автомобилей, двигатель «раскручивается» до 12000 об/мин (200 оборотов в секунду) и даже больше.

А что поршни? Они движутся в цилиндре с огромной скоростью! За один оборот коленчатого вала каждый поршень успевает подняться вверх, «развернуться» и опуститься вниз (или наоборот – сначала вниз, потом вверх). При этом путь от одной мертвой точки до другой поршни «пролетают» за сотые доли секунды! А если вспомнить еще и об огромных температурах и давлении в цилиндрах в это время!

Вот в таких непростых, мягко выражаясь, условиях работают детали двигателя вашего автомобиля.

Мы с вами разобрались с очень сложным и уникальным процессом, происходящим внутри двигателя с одним цилиндром. Многоцилиндровый двигатель принципиально ничем не отличается от простейшего одноцилиндрового. Но, когда цилиндров много, представьте, в каких условиях работает двигатель (температуры, давление, трение…), при этом работает безотказно и продолжительное время, ничего не требуя взамен, кроме лишь «кормления» бензином и периодического обслуживания.

Основные неисправности кривошипно-шатунного механизма

Стуки в двигателе могут возникнуть по причине износа поршневых пальцев, шатунных и коренных подшипников.

Для устранения неисправности необходимо заменить изношенные детали.

Повышенная дымность выхлопных газов и (или) падение компрессии (давление в конце такта сжатия) случается из-за износа поршневых колец, поршней, цилиндров, залегания поршневых колец в канавках поршней.

Для устранения неисправности следует заменить изношенные детали.

Эксплуатация кривошипно-шатунного механизма двигателя

Правильная эксплуатация двигателя крайне необходима, так как его ремонт достаточно трудоемкий и дорогостоящий процесс. И к кривошипно-шатунному механизму это относится в первую очередь.

Ресурс двигателя – это продолжительность нормальной работы двигателя без его капитального ремонта. Для отечественных автомобилей ресурс двигателя составляет приблизительно 150–200 тысяч километров пробега, и несколько больше для иномарок.

Многим из вас эти цифры покажутся недосягаемо большими, но это не означает, что можно забывать о своевременной смене масел, жидкостей, фильтров и других расходных материалов. Плюс к этому, двигатель требует периодических регулировок. Необходимо соблюдать сроки обслуживания его механизмов и систем, как это рекомендовано заводом-изготовителем вашего автомобиля. А иначе, через удивительно короткий промежуток времени, вам может понадобиться капитальный ремонт двигателя.

Факторы, влияющие на продолжительность работы двигателя

Первый фактор , уменьшающий ресурс двигателя – частые перегрузки автомобиля. Если загрузка салона, багажника и прицепа превышает все разумные пределы, то, двигаясь на такой перегруженной машине продолжительное время, вы рискуете выработать ресурс двигателя ранее вышеуказанного срока.

Водители, полагающие, что металл выдержит все, очень сильно ошибаются. Попробуем «примерить» это утверждение на себя.

Если сумка, с которой вы идете по улице, весит полтора-два кило, то можно долго не ощущать усталости. А теперь давайте возьмем на прогулку свой любимый телевизор с диагональю 51 см и, «погуляв» по набережным часика эдак два, оценим свое состояние. А ведь в отличие от нашего с вами организма, металл претерпевает необратимые изменения.

Вторым фактором , влияющим на срок службы двигателя, является движение с максимально возможной скоростью длительное время.

Если на трехкилометровой дистанции по кроссу вы будете бежать так же быстро, как и на 100 метров, то вам не избежать быстрой усталости и потери сил.

Вспоминается фраза из песни В. Высоцкого: «На десять тысяч я рванул, как на пятьсот… и… спекся!».

Последствия в этом случае для человеческого организма могут быть плачевными. То же самое происходит и с двигателем автомобиля. Жаль, что многие начинают понимать это слишком поздно.

Мы с вами не так далеко ушли от «страшно» больших цифр (температуры, давления, скорости…), характеризующих условия, в которых работают механизмы двигателя. Согласитесь, что количество «взрывов» в цилиндрах, периодичность колебаний температуры и давления за одну секунду, не могут не влиять на продолжительность «жизни» деталей двигателя.

Третий фактор , ускоряющий износ двигателя – экология. Грязный воздух и грязные дороги укорачивают жизнь не только человеку, но и разрушающе действуют на структуру металла, уменьшая ресурс двигателя. Поэтому не забывайте вовремя производить замену фильтров, по возможности применяйте качественные масла и топливо, следите за внешним видом двигателя своего автомобиля. Хотя бы пару раз в год его следует очищать от грязи и мыть с использованием специальных жидкостей.

Газораспределительный механизм (ГРМ)

Газораспределительный механизм предназначен для своевременного впуска в цилиндры двигателя горючей смеси и выпуска отработавших газов.

Газораспределительный механизм состоит из (см. рис. 10):

– распределительного вала;

– рычагов или толкателей;

– впускных и выпускных клапанов с пружинами;

– впускных и выпускных каналов.

Распределительный вал располагается чаще всего в верхней части головки блока цилиндров. Составной частью вала являются кулачки, количество которых соответствует количеству впускных и выпускных клапанов двигателя. Иными словами, над каждым клапаном расположен свой персональный кулачок. Именно эти кулачки при вращении распределительного вала обеспечивают своевременное, согласованное с движением поршней в цилиндрах, открытие и закрытие клапанов.

Распределительный вал приводится во вращение от коленчатого вала двигателя с помощью шестерен, цепной передачи или зубчатого ремня. Натяжение цепи привода регулируется специальным натяжителем, а зубчатого ремня – натяжным роликом (рис. 11).

а) цепной привод: 1– звездочка распределительного вала; 2 – цепь; 3 – успокоитель цепи; 4 – звездочка привода масляного насоса; 5 – звездочка коленчатого вала; 6 – башмак натяжителя цепи; 7 – натяжитель цепи

б) ременной привод: 1 зубчатый шкив распределительного вала; 2 – зубчатый ремень; 3 – зубчатый шкив коленчатого вала; 4 – зубчатый шкив водяного насоса; 5 – натяжной ролик

Рис. 11. Схема привода распределительного вала

Давайте вернемся к упрощенной схеме двигателя и разберемся с работой газораспределительного механизма (рис. 12).


Рис. 12. Схема взаимодействия деталей газораспределительного механизма

При вращении распределительного вала кулачок набегает на рычаг, который, в свою очередь, нажимает на стержень соответствующего клапана (впускного или выпускного) и открывает его (рис. 12 а ). Продолжая вращаться, кулачок сбегает с рычага, и под воздействием сильной пружины клапан закрывается (рис. 12 б ).

Основные неисправности газораспределительного механизма двигателя

Стуки в газораспределительном механизме появляются по причине увеличенных тепловых зазоров в клапанном механизме, износе подшипников или кулачков распределительного вала, рычагов, а также из-за поломки пружин клапанов.

Для устранения стуков необходимо отрегулировать тепловой зазор, а изношенные детали и узлы заменить.

Повышенный шум цепи привода распределительного вала появляется вследствие износа шарнирных соединений звеньев цепи и ее удлинения.

Следует отрегулировать натяжение цепи, а при чрезмерном ее износе заменить.

Потеря мощности двигателя и повышенная дымность выхлопных газов происходят при нарушении теплового зазора в клапанном механизме, неплотном закрытии клапанов, износе маслоотражательных колпачков.

Зазор следует отрегулировать, изношенные колпачки заменить, а клапаны «притереть» к седлам.

Эксплуатация газораспределительного механизма двигателя

Обратите внимание на тепловой зазор между рычагом и кулачком распределительного вала (рис. 12 б ). Немного знаний физики позволит понять, что этот зазор должен быть строго определенного размера. Ведь при нагревании все детали двигателя расширяются, в том числе и детали газораспределительного механизма.

Если зазор между рычагом и кулачком распределительного вала меньше нормального, то клапан будет открываться больше, чем ему положено, и не будет полностью закрываться. Это нарушит рабочий цикл двигателя и, плюс ко всему, в скором времени придется менять «подгоревшие» клапаны.

Если тепловой зазор будет слишком велик, то встреча кулачка с рычагом будет происходить с ударом, что выразится в заметном увеличении шума при работе двигателя и приведет к быстрому износу деталей газораспределительного механизма.

При неправильной установке теплового зазора наблюдается целый «букет» неприятностей. Двигатель начинает работать неустойчиво, глохнуть и преподносить прочие «сюрпризы», описанные в неисправностях газораспределительного механизма. Используя инструкцию по эксплуатации своего автомобиля, следует периодически контролировать правильность «зазора в клапанах».

Причем разговор идет о десятых долях миллиметра! Например, для двигателей ВАЗ, в зависимости от модели, тепловой зазор должен быть в пределах 0,15–0,35 мм. Если у вас есть соответствующие инструменты и решимость «залезть» в двигатель, то после нескольких попыток можно научиться «регулировать клапана». А если вы не собираетесь осваивать профессию автомеханика, то при подозрениях на «разрегулированные клапана» следует обратиться к специалистам.

При эксплуатации двигателя необходимо следить за натяжением цепи (зубчатого ремня) привода распределительного вала и при необходимости его регулировать.

Владельцам ВАЗ-2108 и 2109 с рабочим объемом двигателя 1,3 литра следует быть особенно внимательными к состоянию ремня привода распределительного вала и вовремя его менять, не допуская обрыва изношенного ремня при движении. У этих двигателей при выходе ремня из строя возможна «встреча» поршней с клапанами, что влечет к серьезным взаимным повреждениям. Это отнюдь не та встреча, на которую стремишься со сладостным ожиданием, а совсем другая, за которой последует сложный ремонт с заменой деталей газораспределительного и кривошипно-шатунного механизмов двигателя.

Большинству из вас никогда не придется разбирать и собирать двигатель, да это и не нужно, если вы не являетесь специалистом в этой области. Но при любых экспериментальных работах с автомобилем, разбирая какой-то узел, а потом его собирая, обязательно запоминайте расположение деталей и последовательность демонтажа. А то могут остаться «лишние» детали!

Причем, сборка всегда труднее, чем разборка. Не забывайте арабскую пословицу: «Прежде чем тащить осла на крышу подумай, как снять его оттуда».

В начале автомобильной жизни не рекомендуется включать музыку сразу же после запуска двигателя. Проехав некоторое расстояние, прислушайтесь к звукам, доносящимся из-под капота. Они могут быть самыми разными, но любой «выделяющийся» звук говорит о том, что с двигателем не все в порядке. При появлении новых, незнакомых вам звуков, следует обратиться в автосервис или к знакомому умельцу.

Ни одна неисправность в автомобиле не появляется, не предупредив водителя об этом заранее. В то же время немало «юных» водителей ездят на своих машинах с явно аварийными узлами, думая, что так и должно быть.

Одной из проблем начинающих водителей является то, что зачастую они не знают, как должен вести себя исправный автомобиль, какие шумы нормальные, а какие «говорят» о надвигающихся финансовых затратах. А знать это важно, так как многие неисправности влияют еще и на безопасность движения.

вступления , вы­водов по теме, многословии… украл бы автомобиль . Я не украду автомобиль . _________________ Я… предлагают пройти через устройство , снабженное электромагнитом…

  • Предлагаемая вашему вниманию книга используется в качестве базового учебника по

    Руководство

    ВСТУПЛЕНИЕ Написание данной книги продиктовано необходимостью создания такого учебника по … наблюдений с использованием технических устройств . Врезка 6.3. Практика… меняются. Предпочтения по — требителей по отношению к автомобилям следует постоянно…

  • Рабочим циклом двигателя называется периодически повторяющийся ряд последовательных процессов, протекающих в каждом цилиндре двигателя и обусловливающих превращение тепловой энергии в механическую работу.

    Автомобильные двигатели чаще всего работают по четырёхтактному циклу, который совершается за два оборота коленчатого вала или четыре хода поршня и состоит из тактов впуска, сжатия, расширения и выпуска.

    В рабочий цикл происходит следующим образом.

    Рабочий цикл карбюраторного двигателя :

    — Такт впуска
    В течение этого такта поршень опускается из верхней мёртвой точки (ВМТ) в нижнюю мёртвую точку (НМТ). При этом кулачки распредвала открывают впускной клапан, и через этот клапан в цилиндр засасывается свежая топливно-воздушная смесь.

    — Такт сжатия
    Поршень идёт из НМТ в ВМТ, сжимая рабочую смесь. При этом значительно возрастает температура смеси. Отношение рабочего объёма цилиндра в НМТ и объёма камеры сгорания в ВМТ называется степенью сжатия. Степень сжатия — очень важный параметр, обычно, чем она больше, тем больше топливная экономичность двигателя. Однако, для двигателя с большей степенью сжатия требуется топливо с большим октановым числом, которое дороже.
    Такт расширения, или рабочий ход

    Незадолго до конца цикла сжатия топливо-воздушная смесь поджигается искрой от свечи зажигания. Во время пути поршня из ВМТ в НМТ топливо сгорает, и под действием тепла сгоревшего топлива рабочая смесь расширяется, толкая поршень. При расширении газы совершают полезную работу, поэтому ход поршня при этом такте коленчатого вала называют рабочим ходом. Степень «недоворота» коленчатого вала двигателя до ВМТ при поджигании смеси называется углом опережения зажигания. Опережение зажигания необходимо для того, чтобы сгорание топлива успело, полностью закончится к моменту достижения поршнем НМТ, то есть для наиболее эффективной работы двигателя. Сгорание топлива занимает практически фиксированное время, поэтому для повышения эффективности двигателя нужно увеличивать угол опережения зажигания при повышении оборотов. В старых двигателях эта регулировка производилась механическим устройством (центробежным и вакуумным регулятором, воздействующим на прерыватель). В современных двигателях для регулировки угла опережения зажигания используют электронику.

    Видео наглядно демонстрирует процесс работы четырехтактного двигателя

    — Такт выпуска
    После НМТ рабочего цикла открывается выпускной клапан, и движущийся вверх поршень вытесняет из цилиндра двигателя. При достижении поршнем ВМТ выпускной клапан закрывается, и цикл начинается сначала.

    Полностью очистить цилиндры двигателя от продуктов сгорания практически невозможно (слишком мало времени), поэтому при последующем впуске свежей горючей смеси она перемещается с остаточными отработавшими газами и называется рабочей смесью.

    Коэффициент остаточных газов характеризует степень загрязнения свежего заряда отработавшими газами и представляет собой отношение массы продуктов сгорания, оставшихся в цилиндре, к массе свежей горючей смеси. Для карбюраторных двигателей коэффициент остаточных газов находится в пределах 0,06-0,12.

    По отношению к рабочему ходу такты впуска, сжатия и выпуска являются вспомогательными.

    Рабочий цикл
    Рабочие циклы четырёхтактного дизеля и карбюраторного двигателя существенно различаются по способу смесеобразования и воспламенения рабочей смеси. Основное отличие состоит в том, что в цилиндр дизеля при такте впуска поступает не горючая смесь, а воздух, который из-за большой степени сжатия нагревается до высокой температуры, а затем в него впрыскивается мелкораспылённое топливо, которое под действием высокой температуры воздуха самовоспламеняется.

    В четырёхтактном дизеле рабочие процессы происходят следующим образом.

    — Такт впуска
    При движении поршня от ВМТ к НМТ вследствие образующегося разряжения из воздухоочистителя в полость цилиндра через открытый впускной клапан поступает атмосферный воздух.
    Такт сжатия

    Поршень движется от НМТ к ВМТ. Впускной и выпускной клапаны закрыты, вследствие этого перемещающийся вверх поршень сжимает имеющийся в цилиндре воздух. Для воспламенения топлива необходимо, чтобы температура сжатого воздуха была выше температуры самовоспламенения топлива.

    — Такт расширения, или рабочий ход
    При подходе поршня к ВМТ в цилиндр через форсунку впрыскивается дизельное топливо, подаваемое . Впрыснутое топливо, перемешиваясь с нагретым воздухом, самовоспламеняется и начинается процесс сгорания, характеризующийся быстрым повышением температуры и давления. Под действием давления газов поршень перемещается от ВМТ к НМТ. Происходит рабочий ход.

    — Такт выпуска
    Поршень перемещается от НМТ к ВМТ и через открытый выпускной клапан отработавшие газы выталкиваются из цилиндра. После окончания такта выпуска при дальнейшем вращении рабочий цикл повторяется в той же последовательности.

    На этом видео показано работу реального двигателя, камера встроена в цилиндр двс.

    Недостатки четырёхтактных двигателей:
    Все холостые ходы (впуск, сжатие, выпуск) совершаются за счёт кинетической энергии, запасённой коленчатым валом и связанными с ним деталями во время рабочего хода, в процессе которого химическая энергия топлива превращается в механическую энергию движущихся частей двигателя. Поскольку сгорание происходит в доли секунд, то оно сопровождается быстрым увеличением нагрузки на крышку (головку) цилиндра, поршень и другие детали . Наличие такой нагрузки неизбежно приводит к необходимости увеличить массу движущихся деталей (для повышения прочности), что в свою очередь сопровождается ростом инерционных нагрузок на движущиеся детали. Уступают по мощности двухтактным.
    К незначительным недостаткам, которые с лихвой окупаются достоинствами, можно отнести работы по регулировке теплового зазора клапанов и время разгона с места, которое несколько больше, чем у двухтактных.

    Преимущества четырёхтактных двигателей:
    -экономичность расхода топлива;
    -надежность;
    -простота обслуживания;
    -четырехтактный двигатель работает тише и устойчивей.

    В отличие от двухтактного двигателя, в котором смазка коленвала, подшипников коленвала, компрессионных колец, поршня, пальца поршня и цилиндра осуществляется благодаря добавлению масла в топливо; коленвал четырехтакного двигателя находится в маслянной ванне. Благодаря этому Вам не надо смешивать бензин с маслом или доливать масло в специальный бачок. Достаточно залить чистый бензин в топливный бак и можно ехать, при этом отпадает необходимость покупки специального масла для 2-тактных двигателей.

    Так же на зеркале поршня и стенках и выхлопной трубы образуется значительно меньше нагара. К тому же, в 2-тактном двигателе происходит выброс топливной смеси в выхлопную трубу, что объясняется его конструкцией.

    циклов четырехтактного двигателя

    Четырехтактный двигатель работает с 4 основными этапами успешного вращения коленчатого вала: впуском, сжатием, мощностью и ходом выпуска. Каждый цилиндр двигателя имеет четыре отверстия для впуска, выпуска, свечей зажигания и впрыска топлива. Поршень приводится в движение коленчатым валом двигателя, тогда как впускные и выпускные клапаны приводятся в движение распределительным валом. Коленчатый вал и распределительный вал соединены ремнем / цепью ГРМ для поддержания синхронизации между ними.Различные процессы, составляющие циклы четырехтактного двигателя, объясняются ниже:

    Ход впуска: Такт впуска — это то место, где впускные клапаны открыты и воздух втягивается в цилиндр. Топливная форсунка распыляет топливо в цилиндр для достижения идеального соотношения воздух-топливо. Движение поршня вниз вызывает засасывание воздуха и топлива в цилиндр.

    Ход сжатия: Следующий цикл сжатия, при котором впускной и выпускной клапаны закрыты.Движение поршня вверх вызывает сжатие топливовоздушной смеси вверх по направлению к свече зажигания. Компрессия делает смесь воздух-топливо изменчивой для облегчения зажигания.

    Рабочий ход / рабочий ход: Во время рабочего такта / рабочего такта впускные и выпускные клапаны все еще закрыты. Свеча зажигания создает искру для воспламенения сжатой топливовоздушной смеси. Возникающая в результате энергия сгорания с силой толкает поршень вниз.

    Такт выпуска: Последний цикл — такт выпуска, когда выпускные клапаны открываются и выхлопные газы вытесняются возвращающимся поршнем.

    Покупайте качественные автозапчасти в Buy Auto Parts!

    Если вы хотите купить оригинальные автозапчасти, покупка автозапчастей — правильное место. Мы предоставим вам запчасть, как только вы выберете год, марку и модель вашего автомобиля. Благодаря лучшей в отрасли гарантии по бесконкурентным ценам наши детали проходят тщательную проверку на соответствие отраслевым стандартам или даже превосходят их. Мы также предлагаем бесплатную доставку для покупок на сумму более 99 долларов. Ваш заказ будет доставлен вам вовремя, так как он будет доставлен с одного из наших складов, расположенных поблизости от вас.Если у вас возникли проблемы с поиском детали, наша группа поддержки всегда готова помочь вам: позвоните нам по телефону 1-888-907-7225 или оставьте нам письмо по адресу [адрес электронной почты защищен]. Вы можете просмотреть нашу обширную линейку тщательно протестированных запасных частей OEM и запчастей для каждой марки и модели.

    4-тактный двигатель

    | Как работает четырехтактный двигатель?

    Двигатели наиболее широко используются во всем мире для многочисленных приложений . Они используются в различных транспортных средствах, таких как автобусы, грузовики, фургоны, мотоциклы и т. Д.Существуют разные типы двигателей, и четырехтактный двигатель является одним из них. По количеству ходов поршня двигатели имеют два основных типа :

    1. 2-тактный двигатель
    2. 4-тактный двигатель

    В предыдущей статье мы обсуждали двухтактный двигатель. Поэтому в этой статье в основном речь пойдет о четырехтактном двигателе.

    Что такое 4-тактный двигатель?

    4-тактный двигатель — это двигатель внутреннего сгорания, в котором для завершения рабочего цикла используются четыре хода поршня.Он преобразует тепловую энергию топлива в полезную механическую работу из-за движения вверх и вниз поршня . Следовательно, он относится к категории поршневых двигателей .

    Четырехтактный двигатель завершает энергетический цикл после завершения двух оборотов коленчатого вала и четырех тактов поршня. Эти двигатели наиболее широко используются в различных транспортных средствах, таких как легкие грузовики, автобусы, фургоны, легковые автомобили и т. Д.

    В этом поршневом двигателе процесс сжатия происходит из-за движения поршня вверх и вниз.

    Основное отличие между 2-тактными двигателями и 4-тактными заключается в том, что 2-тактный двигатель завершает рабочий цикл всего за двухтактных двигателей , в то время как четырехтактный двигатель завершает рабочий цикл за четыре хода поршня . Двухтактный двигатель производит меньше загрязнений по сравнению с двухтактным двигателем.

    Читайте также: Двигатели разные

    Как работает 4-тактный двигатель?

    Четырехтактный двигатель работает в следующих этапах:

    1. Процесс всасывания
    2. Процесс сжатия
    3. Энергетический процесс
    4. Выхлоп
    Рабочий цикл 4-тактного двигателя

    1) Ход впуска

    • По мере того как поршень совершает возвратно-поступательное движение в направлении BCD от ВМТ (вниз), внутри камеры сжатия (цилиндра) начинает образовываться разрежение.
    • Когда в камере сжатия создается разрежение, выпускной клапан закрывается, а впускной клапан открывается.
    • При открытии впускного клапана топливовоздушная смесь начинает поступать в камеру сжатия.

    2) Ход сжатия

    • Когда внутреннее давление камеры сжатия становится равным внешнему давлению, впускной клапан закрывается и начинается такт сжатия.
    • При движении поршня вверх (от BCD к ВМТ) он сжимает топливовоздушную смесь внутри камеры сжатия и увеличивает температуру и давление топливовоздушной смеси.

    3) Рабочий ход

    • Рабочий ход также известен как ход сгорания.
    • Когда такт сжатия почти завершен, свеча зажигания сжигает сжатую топливовоздушную смесь.
    • Когда топливо воспламеняется, генерируется энергия, так что поршень перемещается из ВМТ в НМТ за счет расширения химической реакции. Поэтому этот ход называется СИЛОВЫМ ХОДОМ.
    • Из-за этого процесса горения температура и давление смеси становятся очень высокими.Из-за увеличения давления топливовоздушная смесь толкает поршень вниз (в направлении BCD от ВМТ) и приводит в движение коленчатый вал, который дополнительно перемещает автомобиль.
    • Во время этого процесса впускной и выпускной клапаны остаются закрытыми.

    4) Ход выпуска

    • После завершения рабочего такта начинается такт выпуска.
    • В такте выпуска поршень снова движется вверх (из НМТ в ВМТ).
    • Во время этого хода впускной клапан закрывается, а выпускной открывается.Поршень выталкивает выхлопные газы из камеры сгорания.
    • После завершения такта выпуска поршень снова движется вниз (из ВМТ в НМТ), всасывает топливовоздушную смесь и весь цикл повторяется. Этот последний ход вытесняет отработанные газы / выхлопные газы из цилиндра.

    Фотоэлектрическая диаграмма четырехтактного двигателя

    Следующая диаграмма PV представляет рабочий цикл 4-тактного двигателя. Четырехтактный двигатель выполняет рабочий цикл в следующих этапах:

    Четырехтактный цикл
    • Изобарический процесс (от 0 до 1): В изобарическом процессе поршень движется вниз и создает вакуум внутри камеры сгорания.Во время создания вакуума возникает перепад давления между атмосферным давлением и внутренним давлением камеры. За счет этого перепада давления открывается впускной клапан, и топливовоздушная смесь попадает в камеру сгорания.
    • Адиабатический процесс (1-2): После завершения изобарического процесса впускной клапан закрывается, а поршень движется вверх и создает давление в топливовоздушной смеси. Во время этого процесса поршень повышает температуру и давление смеси, но его тепло не меняется.
    • Изохорный процесс (от 2 до 3): Свеча зажигания воспламеняет топливовоздушную смесь в конце такта сжатия (адиабатический процесс). Этот процесс увеличивает температуру и давление топливовоздушной смеси и превращает ее в смесь с высокой температурой и давлением. Этот процесс воспламенения также увеличивает энтропию (тепло) топливовоздушной смеси.
    • Силовой ход (процесс с 3 по 4): В этом такте тепло, выделяемое в процессе зажигания, используется для того, чтобы толкать поршень вниз, что дополнительно перемещает коленчатый вал.Движение коленчатого вала приводит в движение автомобиль. Поэтому этот процесс называется силовым ходом.
    • Фаза выпуска отработавших газов (от 4 до 1): На этой фазе поршень снова перемещается вверх и открывается выпускной клапан, который отводит отработанное тепло из камеры сгорания. Из-за отвода ненужного тепла кинетическая энергия молекул топливовоздушной смеси уменьшается. Опять же, разница давления возникает между атмосферным давлением и внутренним давлением камеры, и весь цикл повторяется.

    История

    Цикл Аткинсона
    • В 1882 году Джеймс Аткинсон сконструировал двигатель цикла Аткинсона. Это был однотактный двигатель внутреннего сгорания.
    • Этот цикл был изобретен для обеспечения эффективности за счет удельной мощности. В настоящее время двигатель цикла Аткинсона используется в некоторых новейших гибридных электрических системах.
    • Оригинальный 4-тактный поршневой двигатель с циклом Аткинсона позволял такт впуска, такта сжатия, рабочего хода и такта выпуска за один оборот коленчатого вала, чтобы предотвратить нарушение определенных патентов, касающихся двигателя Отто.
    • Уникальная конструкция коленчатого вала двигателя
    • Atkinson может приводить к различным степеням сжатия и расширения. Рабочий ход длиннее, чем такт сжатия, что дает двигателю большую энтальпию (тепловой КПД), чем у обычных поршневых двигателей.
    • Первоначальная конструкция двигателя Аткинсона — не более чем историческая диковинка. Некоторые новейшие двигатели имеют нетрадиционные установки фаз газораспределения для создания более длинного рабочего хода или более короткого хода сжатия, что обеспечивает улучшение экономии топлива.

    Дизельный цикл
    • Дизельный двигатель — это практическое усовершенствование двигателя Отто 1876 года.
    • В 1861 году Отто почувствовал, что производительность двигателя можно повысить, сжав топливно-воздушную смесь перед зажиганием, и Рудольф Дизель захотел создать более эффективный двигатель, способный работать на более тяжелых видах топлива.
    • По тем же причинам, что и Отто, Дизель захотела разработать двигатель, который мог бы снабжать небольшие промышленные компании своей собственной энергией, чтобы они могли конкурировать с такими крупными компаниями, как Отто, и снижать потребности населения в топливе.Как и Отто, ему потребовалось много времени, чтобы построить двигатель с высокой степенью сжатия, который мог бы самопроизвольно воспламенять впрыскиваемое в цилиндр топливо. Дизель использовал смесь воздуха и топлива в своем первом двигателе.
    • В 1893 году был разработан успешный двигатель Diesel . Двигатели с высокой степенью сжатия, которые воспламеняют топливо из-за высокой степени сжатия воздушно-топливной компрессии, известны как дизельные двигатели. Дизельный двигатель доступен как в четырехтактном, так и в двухтактном исполнении.
    • 4-тактные дизельные двигатели
    • используются в большинстве тяжелых грузовых автомобилей, таких как грузовики, автобусы, лопаточные фургоны и т. Д.В этом двигателе используется мазут, который содержит больше энергии и требует меньше переработки для производства.

    Четырехтактный двигатель Ограничения выходной мощности

    Выходная мощность двигателя зависит от количества воздуха, всасываемого в . Производительность поршневого двигателя (будь то 4-тактный двигатель или 2-тактный двигатель) зависит от скорости (об / мин), теплотворной способности топлива, потерь, воздушно-топливного отношения, объемного КПД, содержания кислорода в топливно-воздушная смесь и размер камеры сгорания.В конечном итоге скорость двигателя регулируется смазкой и прочностью материала.

    Шатун , поршень и клапан передней части двигателя сильные силы ускорения . Высокие обороты двигателя могут привести к повреждению двигателя, потере мощности, дрожанию поршневых колец или другим физическим повреждениям. Когда поршневое кольцо вибрирует вертикально в канавке поршня, в которой находится поршневое кольцо, поршневое кольцо колеблется.

    Цель флаттера кольца — установить уплотнение между стенкой цилиндра и кольцом, что приводит к потере мощности и давления в цилиндре.

    Если двигатель вращается слишком быстро, пружина клапана не сможет закрыть клапан достаточно быстро. Это часто называют «поплавком клапана», когда поршень ударяется о клапан и вызывает серьезную поломку двигателя.

    На высоких оборотах смазка на стыке поршня и стенки цилиндра имеет тенденцию к повреждению. Поэтому скорость поршня промышленного двигателя ограничена до 10 м / с.

    Детали 4-тактного дизельного двигателя

    Четырехтактный двигатель состоит из следующих основных компонентов:

    1. Форсунка
    2. Поршень
    3. Впускной клапан
    4. Выпускной клапан
    5. Коленчатый вал
    6. Шатун
    7. Блок двигателя
    8. Маховик

    1) Поршень и поршневое кольцо

    Поршень 4-тактного дизельного двигателя совершает возвратно-поступательное движение.Он соединяется с коленчатым валом через шатун. Он передает свое движение на коленчатый вал через шатун. Поршень движется вниз и вверх внутри цилиндра двигателя.

    Когда поршень движется вверх, он всасывает воздух внутри цилиндра, в то время как он сжимает воздух, когда движется вниз. Из-за этого движения поршня температура и давление топливовоздушной смеси внутри цилиндра повышаются.

    Поршень двигателя имеет сложную конструкцию со стальной головкой и юбкой из высокопрочного чугуна.В этой юбке используется смазка под давлением, чтобы обеспечить подачу масла к гильзе цилиндра при каждой рабочей ситуации. Масло поступает в охлаждающий канал в верхней части поршня через шатуны. Все поршневые кольца хромированы для предотвращения износа. Поршневое кольцо содержит пружинное маслоуправляемое кольцо и 2 направляющих компрессионных кольца. Канавка поршневого кольца имеет отличную износостойкость и стабилизируется.

    2) Цилиндр линейный

    Этот компонент четырехтактного двигателя имеет высокую жесткую манжету для уменьшения деформации.Этот линейный материал представляет собой сплав серого чугуна с высокой прочностью и прекрасной износостойкостью. Точно расположенные вертикальные отверстия для охлаждающей воды обеспечивают точный контроль температуры. Чтобы избежать риска полировки отверстия, линейка оснащена защитным полировальным кольцом.

    Пространство между гильзой цилиндра и уплотнениями блока цилиндров уплотняется двойным уплотнительным кольцом. Верхний конец линейки оборудован антиполированным кольцом, которое предотвращает полировку внутренних отверстий и снижает расход смазочного масла.

    3) Подшипники шатуна и коренные подшипники

    Подшипник шатуна представляет собой футеровку из свинцовой бронзы с задними частями из трехметаллической стали и толстым плавным слоем. Биметаллический подшипник, а также трехметаллический подшипник истощены как основные подшипники.

    4) Шатун

    Основная статья: Шатун

    Этот компонент 4-тактного дизельного двигателя соединяет коленчатый вал двигателя и поршень. Он изготовлен из легированной стали и выкован как одно целое.Шатун имеет круглое поперечное сечение. Нижняя сторона шатуна раскалывается в горизонтальном направлении, так что шатун и поршень можно снять с гильзы цилиндра. Подшипник поршневого пальца состоит из трехметалла.

    Все болты шатуна затянуты гидравлически. Отверстия в шатуне направляют масло к поршням и подшипнику поршневого пальца. Этот компонент двигателя передает движение поршня на коленчатый вал, который затем перемещается к колесу транспортного средства.

    5) Коленчатый вал

    Коленчатый вал преобразует возвратно-поступательное движение поршня двигателя во вращательное движение. Это важный компонент для всех двигателей. Эта часть передает конечную мощность в виде кинетической энергии. Он выполнен в виде цельного куска. Шатун образует связь между коленчатым валом и поршнем двигателя.

    6) Блок двигателя

    Эта часть двигателя изготовлена ​​из высокопрочного чугуна и подходит для всех цилиндров.Крышки основных подшипников крепятся снизу двумя гидравлическими натяжными винтами. Эти колпачки направлены снизу и сверху по бокам блока цилиндров. Горизонтальный боковой винт с гидравлической затяжкой поддерживает крышку коренного подшипника.

    7) Распределительный вал

    Используется для открытия и закрытия впускных и выпускных клапанов, а также для управления топливным насосом в дизельном двигателе с высоким давлением.

    8) Свеча зажигания

    Используется в бензиновых двигателях или двигателях SI.Он использует искру для воспламенения топливовоздушной смеси.

    9) Топливная форсунка

    Используется для впрыска топлива в цилиндры двигателя.

    10) Маховик

    Деталь четырехтактного бензинового двигателя, установленного на чугунной опоре. Он хранит энергию в виде инерции.

    Преимущества и недостатки 4-тактных двигателей

    Четырехтактный двигатель имеет следующие достоинства и недостатки:

    Преимущества четырехтактного двигателя
    1. Надежность: Эти типы дизельных двигателей более надежны и эффективны.
    2. Долговечность: Эти двигатели обладают большей долговечностью, чем двухтактные.
    3. Экологичность: Эти двигатели безвредны для окружающей среды, поскольку 4-тактный двигатель выделяет меньше опасных паров, чем 2-тактный двигатель.
    4. Эти двигатели лучше всего подходят для тяжелых грузов и тяжелых транспортных средств.
    5. Топливная эффективность: Эти двигатели имеют более высокую топливную эффективность, чем двухтактные двигатели.
    6. Шум: Они работают тише, чем двухтактные двигатели
    7. Больше крутящего момента: На низких оборотах четырехтактные двигатели развивают больший крутящий момент, чем двухтактные.
    8. Больше топливной экономичности: Этот тип двигателя внутреннего сгорания имеет более высокую топливную эффективность, чем двухтактный двигатель.
    9. Не требуется дополнительное масло: Этот двигатель не требует дополнительной смазки или масла для добавления топлива. Промежуточно требуется смазка только для токарных деталей.
    1. Эти дизельные двигатели производят самые маленькие NO X .

    Недостатки четырехтактного двигателя
    1. Мощность: Этот двигатель имеет меньшую мощность, чем двухтактный.
    2. Дорого: Четырехтактный двигатель состоит из множества деталей. Следовательно, он имеет большую стоимость, чем двухтактный двигатель.
    3. Масса: Эти двигатели имеют больший вес, чем 2-тактные двигатели
    4. Требуемая площадь: Требуется большая площадь для установки.
    5. Ход поршня: Требуется большее количество ходов поршня для завершения энергетического цикла.
    6. Конструкция: Эти двигатели имеют сложную конструкцию.

    В чем разница между 4-тактным дизельным двигателем и 4-тактным бензиновым двигателем?
    Бензиновый двигатель Дизельный двигатель
    Этот двигатель работает на основе цикла Отто. Работает на базе дизельного двигателя.
    В этом двигателе процесс воспламенения происходит за счет искры, создаваемой свечой зажигания. В этом двигателе воспламенение происходит из-за сильного сжатия топливовоздушной смеси.
    В качестве рабочей жидкости используется бензин или бензин. Используется дизельное топливо.
    Этот двигатель менее эффективен. Наиболее производительный.
    Имеет низкую степень сжатия. Этот двигатель имеет высокую степень сжатия.
    Он потребляет меньше топлива. Использует мало топлива.
    Эти двигатели в основном используются в небольших приложениях, таких как велосипеды, мотоциклы, генераторы и т. Д. Эти двигатели в основном используются в тяжелых условиях, таких как автобусы, грузовики, фургоны и т. Д.

    FAQ Раздел

    Что подразумевается под четырехтактным двигателем?

    Двигатель, который совершает рабочий ход за четыре хода поршня, известен как 4-тактный двигатель.

    Какие примеры четырехтактных двигателей?

    Четырехтактные двигатели чаще всего используются в тяжелых грузовиках, автобусах, внедорожниках , фургонах , тракторах и других тяжелых транспортных средствах.

    Какой двигатель производит меньше загрязнений, 2-тактный или 4-тактный?

    Двухтактный двигатель производит больше загрязнения, чем четырехтактный. Это связано с тем, что в двухтактном двигателе используются отверстия для всасывания и выпуска топлива.

    Что быстрее: 2-тактный или 4-тактный?

    2-тактный двигатель имеет более низкие части, чем 4-тактный двигатель.Для сравнения, двухтактный двигатель завершает рабочий цикл (всего за 2 хода поршня) быстрее, чем четырехтактный двигатель. Следовательно, двухтактный двигатель быстрее четырехтактного.

    Есть шестицилиндровый двигатель?

    6-тактный двигатель — это самая современная версия двигателя внутреннего сгорания, основанная на конструкции 4-тактного двигателя, но этот двигатель имеет два дополнительных электрических такта для уменьшения выбросов и повышения эффективности. В 6-тактном двигателе свежий воздух (чистый воздух из атмосферы) используется для всасывания 5 и ходов всасывания 2 и .

    Что такое четырехтактный двигатель?

    Простейшее объяснение двигателя внутреннего сгорания

    По эксперту по продукту | Размещено в Без рубрики в четверг, 26 января 2017 г., в 19:07

    Что такое четырехтактный двигатель?

    На протяжении всей истории было много попыток пассажирских перевозок, но ни одна из них не была столь успешной, как четырехтактный двигатель внутреннего сгорания. Электромобиль может быть будущим, но двигатель внутреннего сгорания — это наше прошлое. Мало того, что важно понимать, как ваша машина заставляет вас работать каждый день, это также наводит на размышления и просто потрясающе.

    Время передачи
    Если вы являетесь автомобильным энтузиастом, вы, возможно, слышали поговорку «сосать, бить, дуть». Знаете ли вы, что это не просто уничижительный эвфемизм? Каждый цилиндр в любом четырехтактном двигателе внутреннего сгорания снова и снова проходит четыре ступени для выработки мощности. В профессиональном плане это называется впуском, сжатием, сгоранием и выпуском.

    Впуск

    Сначала двигатель всасывает воздух и топливо. При этом поршень отодвигается от свечи зажигания и отскакивает от другой стороны цилиндра.

    Сжатие

    На обратном пути к свече зажигания воздух и газ, всасываемые в цилиндр, сжимаются, создавая давление в ожидании химической реакции при воспламенении свечи зажигания.

    Горение

    Когда поршень ударяется о верхнюю часть цилиндра, свеча зажигания воспламеняется, создавая взрыв, который снесет вам голову, если вы не будете защищены блоком двигателя.

    Выхлоп

    Взрыв на стадии сгорания толкает поршень обратно в цилиндр, одновременно начиная стадию впуска для следующего раунда.

    Конечно, если это вас заинтересует, это только вызовет дополнительные вопросы. Не стесняйтесь спрашивать их в разделе комментариев ниже!

    • Facebook
    • Твиттер
    • Pinterest

    Эта запись была опубликована в четверг, 26 января 2017 г., в 19:07 и находится в рубрике Без категории.Вы можете следить за любыми ответами на эту запись через канал RSS 2.0. И комментарии и запросы в настоящий момент закрыты.

    Узнайте, как работает четырехтактный двигатель с искровым зажиганием

    В четырехтактном двигателе цикл работы двигателя завершается четырьмя тактами поршня внутри цилиндра. Во время этих четырех тактов топливо однократно впрыскивается и сжигается внутри двигателя, и достигается два оборота коленчатого вала. В четырехтактном двигателе с искровым зажиганием (SI) горение топлива происходит за счет искры, генерируемой свечой зажигания.

    Вот четыре хода, которые происходят внутри двигателя SI во время его работы:

    1. Ход всасывания : В начале этого хода поршень находится в верхней мертвой точке или около головки блока цилиндров и собирается двигаться вниз. В этом случае впускной клапан, установленный в головке блока цилиндров, открывается, а выпускной клапан остается закрытым из-за разницы давлений. Когда поршень движется вниз, внутри цилиндра создается всасывающее давление, втягивающее топливовоздушную смесь в цилиндр.Когда поршень достигает крайнего нижнего положения или нижней мертвой точки, такт всасывания заканчивается и впускной клапан закрывается.

    2. Ход сжатия : Во время этого хода поршень начинает перемещаться из нижней мертвой точки в верхнюю мертвую точку. При движении поршня вверх топливовоздушная смесь сжимается в зазоре цилиндра. В конце такта свеча зажигания генерирует искру, которая вызывает сгорание топлива и выделение большого количества тепловой энергии.Из-за этого тепла создается высокое давление.

    3. Рабочий ход или рабочий ход : Большое давление, создаваемое в конце такта сжатия, толкает поршень к нижней мертвой точке. Именно во время этого хода реальная мощность вырабатывается двигателем, поэтому этот ход называется рабочим ходом, а поскольку во время этого процесса происходит расширение газов, его также называют ходом расширения. Во время этого хода впускной и выпускной клапаны остаются закрытыми.

    4. Такт выпуска : К концу такта расширения впускной клапан остается закрытым, в то время как выпускной клапан открывается из-за разницы внутреннего и внешнего давления. Поршень начинает движение вверх, и все остаточные газы, которые остаются после такта расширения, выносятся за пределы цилиндра и уходят через выхлопную камеру. В конце такта выпуска поршень достигает положения верхней мертвой точки, а затем начинает движение вниз, всасывая топливовоздушную смесь и завершая такт всасывания.

    Таким образом, цикл работы четырехтактных двигателей повторяется до тех пор, пока ваш автомобиль не заработает. Во время этих четырехтактных или двух оборотов коленчатого вала топливо впрыскивается только один раз. Для максимальной эффективности транспортного средства он должен производить максимальную мощность во время рабочего такта и производить минимальный выброс выхлопных газов во время такта выпуска.

    (PDF) Доработка четырехтактного двигателя для работы в двухтактном цикле для автомобильной промышленности

    4 ДВИГАТЕЛИ ТОРМОЗНЫЕ, №3/2015 (162)

    zycjom rozwiązań konstrukcyjnych silników dwusuwowych,

    opierających się na Strukturze silników czterosuwowych,

    zapewnzakona zapewniajcówowych Czterosuwowe

    silniki spalinowe bardzo zmodernizowano i ulepszono w

    ciągu ostatnich lat. Mimo swoich licznych wad, silniki te

    zawdzięczają «sukces rynkowy» doskonałemu połączeniu

    niskich kosztów produkcji, wysokich osiągów i dobryzwočnyW ostatnich latach wielu badaczy i

    naukowców zaproponowało dwusuwowy silnik z rozrządem

    zaworowym na potrzeby motoryzacji, np. Накано [9] и Орма

    Рикардо [10]. Także przeprowadzono wiele numerycznych

    obliczeń, na przykład przez Dasa i Denta [3].

    W poprzednich latach autorzy niniejszej pracy opubliko-

    wali wyniki swoich badań silnika dwusuwowego z zaworem

    grzybkowym do zastosowania w sektorze motoryzacyjnym [80003 7000,

    7000,

    7000,

    7000.Szczególnie preferenceowany jest ostatnio wzrost

    sprawności mechanicznej przez zmniejszenie wymiarów

    czterosuwowego silnika o dużych параметрах roboczych.

    Jednak wydaje się, że obecnie jest kres uzyskiwania dużych

    osiągów czterosuwowego silnika. Wysokie obciążenia

    termiczne i mechaniczne lub ryzyko spalania stukowego w

    silniku powodują powstanie granicy możliwości efektywnej

    pracy współczesnych silnikuwychteros.Dalsze

    zmniejszenie jednostkowego zużycia paliwa (ge) tego typu

    silnika jest prawie niemożliwe bez innowacyjnych zmian

    konstrukcyjnych. Jedną z innowacji do osiągnięcia tego celu

    jest zmniejszenie dwóch jałowych suwów: ssania i wylotu,

    aby uzyskać znaczące zmniejszenie strat mechanicznych.

    Oznacza to powrót do idei silnika dwusuwowego, jako

    wspólnego źródła mocy z bezpośrednim wtryskiem paliwa.

    Nowy silnik dwusuwowy nie wydziela dużych ilości wę-

    glowodorów, uzyskuje długi czas międzynaprawczy i w ten

    sposad pozbywa swieę 9. Można to osiągnąć dzięki zastosowaniu wspólnego

    systemu z czterosuwowego silnika z jego zaworowym roz-

    rządem wlotu i wylotu oraz skrzynią korbowObecnie systemy zmiennych faz rozrządu

    są powszechnie stosowane w nowoczesnych silnikach

    czterosuwowych. Jednak najbardziej korzystny jest układ

    elektrohydrauliczny umożliwiajcy elastyczne sterowanie

    fazami rozrządu. Jest on odpowiedni do zaworowego silnika

    dwusuwowego, pozwala na pracę silnika zarówno w trybie

    dwu-, jak i czterosuwowym, zależnie od obciążenia prtowecici

    . System ten został opracowany przez

    Ricardo [10], a charakterystykę takiego silnika dla dwóch

    trybów pracy przedstawiono na rys.1.

    Cykl dwusuwowy pozwala zmniejszyć wymiary ze

    względu na to, że suw pracy występuje dwukrotnie czę-

    ściej niż w silnikowymzterosuwy. Oznacza чтобы, że та сама

    wielkość SILNIKA dwusuwowego г Takım samym średnim

    ciśnieniem efektywnym ре (ВМЕР) wytwarza Okolo DWA

    Razy większą MOC niż SILNIK czterosuwowy, совместно może być

    wyrażone zależnością (1),

    Gdzie: Ne — moc efektywna, BMEP — średnie ciśnienie efek-

    tywne, Vss — pojemność skokowa silnika, n — prędkość obro-

    , что дает дополнительные преимущества такого рода разработки двигателя, так как

    повышает эффективность двигателя.Четырехтактные двигатели внутреннего сгорания

    были сильно модернизированы и усовершенствованы в течение

    последних лет. Несмотря на многочисленные недостатки, успех на рынке

    обусловлен идеальным сочетанием стоимости, производительности и экологичности производства. Недавно многие исследователи и ученые

    предложили двухтактный двигатель с фазами газораспределения

    для автомобильного применения, например, Na-

    kano [9] и Ricardo [10], а также численные расчеты

    были выполнены, например, Das и Вмятина [3].

    В последние годы авторы данной статьи опубликовали свои исследования с тарельчатым клапаном двухтактного двигателя

    для автомобильной промышленности [6–8]. В частности, недавнее повышение механической эффективности на

    за счет уменьшения габаритов поддержало разработку четырехтактного двигателя

    на высоком уровне. Тем не менее,

    кажется, что в настоящее время мы достигаем предела производительности четырехтактных двигателей. Высокая термическая и механическая нагрузка или риск детонации

    двигателя представляет собой порог в современных высокоэффективных четырехтактных двигателях

    .Дальнейшее снижение удельного расхода топлива (BSFC)

    этого типа двигателя

    вряд ли возможно без каких-либо новаторских конструктивных изменений.

    Одним из новаторских подходов к достижению этой цели является повторная установка

    на два холостых хода: впускной и выпускной, чтобы добиться значительного снижения механических потерь

    . Это просто означает

    возврат двухтактного двигателя в качестве общего источника энергии

    с непосредственным впрыском топлива.Новый двухтактный двигатель

    не будет производить большое количество углеводородов и будет иметь длительный промежуток

    между капитальными ремонтами, таким образом избавившись от наиболее важных недостатков

    своего предшественника. Это может быть достигнуто за счет применения

    общей конструкции четырехтактного двигателя с

    впускных и выпускных тарельчатых клапанов и картера

    , предназначенных для смазочных целей, к двигателю, работающему в двухтактном режиме

    . В настоящее время системы изменения фаз газораспределения широко применяются в современных четырехтактных двигателях.Однако наиболее перспективной является электрогидравлическая система

    , обеспечивающая

    гибкое регулирование фаз газораспределения и подходящая для тарельчатых

    клапанных двухтактных двигателей. Это позволяет двигателю

    работать как в двух-, так и в четырехтактном режиме в зависимости от нагрузки и скорости двигателя

    . Такая система была разработана Рикардо.

    Рис. 1. Стратегия работы 2/4-тактного двигателя [10]

    Рис. 1. Strategia pracy silnika w trybie 2/4-suwowym [10]

    Modykacja silnika czterosuwowego do obiegu dwusuwowego do zastosowań motoryzacyjnych

    Поршневой двигатель Рабочий цикл

    22 Ход поршня
    Рабочий ход поршня 22
    Рабочий ход поршня 22
    Рабочий ход поршня 22
    вниз в цилиндре за счет вращения коленчатого вала.Это снижает давление в цилиндре и заставляет воздух под атмосферным давлением проходить через карбюратор, который дозирует правильное количество топлива. Топливно-воздушная смесь проходит через впускные трубы и впускные клапаны в цилиндры. Количество или вес заправки топливом / воздухом зависит от степени открытия дроссельной заслонки.

    Впускной клапан открывается значительно раньше, чем поршень достигает ВМТ на такте выпуска, чтобы вызвать большее количество топлива / воздуха в цилиндр и, таким образом, увеличить мощность в лошадиных силах.Однако расстояние, на которое клапан может быть открыт до ВМТ, ограничено несколькими факторами, такими как возможность того, что горячие газы, оставшиеся в цилиндре от предыдущего цикла, могут вернуться во впускную трубу и систему впуска.


    Во всех авиационных двигателях большой мощности впускные и выпускные клапаны находятся вне седел клапанов в ВМТ в начале такта впуска. Как упоминалось выше, впускной клапан открывается перед ВМТ на такте выпуска (ход клапана), а закрытие выпускного клапана значительно задерживается после того, как поршень прошел ВМТ и начал такт впуска (запаздывание клапана).Эта синхронизация называется перекрытием клапанов и предназначена для помощи в охлаждении цилиндра изнутри за счет циркуляции холодной поступающей топливно-воздушной смеси, для увеличения количества топливно-воздушной смеси, вводимой в цилиндр, и для помощи в удалении побочных продуктов сгорания. из цилиндра.

    Впускной клапан закрывается примерно на 50–75 ° после НМТ на такте сжатия, в зависимости от конкретного двигателя, чтобы позволить импульсу поступающих газов более полно заряжать цилиндр.Из-за сравнительно большого объема цилиндра над поршнем, когда поршень находится рядом с НМТ, небольшое перемещение поршня вверх в это время не оказывает большого влияния на набегающий поток газов. Это позднее время может зайти слишком далеко, потому что газы могут быть вытеснены обратно через впускной клапан и нарушить цель позднего закрытия.

    Ход сжатия

    После закрытия впускного клапана продолжающееся движение поршня вверх сжимает топливно-воздушную смесь для получения желаемых характеристик горения и расширения.Заряд запускается с помощью электрической искры при приближении поршня к ВМТ. Время зажигания варьируется от 20 ° до 35 ° до ВМТ, в зависимости от требований конкретного двигателя, чтобы обеспечить полное сгорание заряда к тому времени, когда поршень немного пройдет мимо положения ВМТ.

    Многие факторы влияют на угол опережения зажигания, и производитель двигателя потратил много времени на исследования и испытания, чтобы определить наилучшую настройку. Все двигатели имеют устройства для регулировки угла опережения зажигания, и очень важно, чтобы система зажигания была синхронизирована в соответствии с рекомендациями производителя двигателя.

    Рабочий ход

    Когда поршень движется через положение ВМТ в конце такта сжатия и начинает опускаться на рабочем такте, он толкается вниз за счет быстрого расширения горящих газов в головке блока цилиндров с силой, которая может быть больше 15 тонн (30 000 фунтов на квадратный дюйм) при максимальной выходной мощности двигателя. Температура этих горящих газов может составлять от 3000 до 4000 ° F. Поскольку поршень прижимается вниз во время рабочего хода под давлением горящих газов, оказываемых на него, движение шатуна вниз изменяется на вращательное движение коленчатого вала.Затем вращательное движение передается на карданный вал, приводящий в движение воздушный винт. Когда горящие газы расширяются, температура падает до безопасных пределов, прежде чем выхлопные газы выйдут через выхлопное отверстие.

    Момент открытия выпускного клапана определяется, среди прочего, желательностью использования как можно большей расширяющей силы и как можно более полной и быстрой продувки цилиндра. Клапан открывается значительно перед НМТ на рабочем ходе (на некоторых двигателях при 50 ° и 75 ° перед НМТ), в то время как в цилиндре все еще сохраняется некоторое давление.Это время используется для того, чтобы давление могло как можно скорее вытеснить газы из выпускного отверстия. Этот процесс освобождает цилиндр от отработанного тепла после достижения желаемого расширения и позволяет избежать перегрева цилиндра и поршня. Тщательная продувка очень важна, потому что любые продукты выхлопа, остающиеся в цилиндре, разбавляют поступающий заряд топлива / воздуха в начале следующего цикла.

    Такт выпуска

    По мере того, как поршень проходит через НМТ при завершении рабочего такта и начинает движение вверх на такте выпуска, он начинает выталкивать сгоревшие выхлопные газы из выпускного отверстия.Скорость выхлопных газов, выходящих из цилиндра, создает в цилиндре низкое давление. Это низкое или пониженное давление ускоряет поток свежего топлива / воздуха в цилиндр, когда впускной клапан начинает открываться. Открытие впускного клапана должно происходить под углом от 8 ° до 55 ° до ВМТ на такте выпуска на различных двигателях.

    Двухтактный цикл

    Двухтактный двигатель снова используется в сверхлегких, легких спортивных и многих экспериментальных самолетах. Как следует из названия, двухтактным двигателям требуется только один ход поршня вверх и один ход вниз, чтобы завершить требуемую серию событий в цилиндре.Таким образом, двигатель завершает рабочий цикл за один оборот коленчатого вала. Функции впуска и выпуска выполняются во время одного хода. Эти двигатели могут иметь воздушное или водяное охлаждение и обычно требуют наличия корпуса редуктора между двигателем и гребным винтом.

    Цикл вращения

    Цикл вращения имеет трехсторонний ротор, который вращается внутри эллиптического корпуса, совершая три из четырех циклов за каждый оборот. Эти двигатели могут быть однороторными или многороторными с воздушным или водяным охлаждением.Они используются в основном с экспериментальными и легкими самолетами. Вибрационные характеристики также очень низкие для этого типа двигателя.

    Дизельный цикл

    Дизельный цикл зависит от высокого давления сжатия, обеспечивающего воспламенение топливно-воздушного заряда в цилиндре. Когда воздух втягивается в цилиндр, он сжимается поршнем, и при максимальном давлении в цилиндр распыляется топливо. В этот момент из-за высокого давления и температуры в цилиндре топливо сгорает, увеличивая внутреннее давление в цилиндре.Это опускает поршень, поворачивая или приводя в движение коленчатый вал. В двигателях с водяным и воздушным охлаждением, которые могут работать на топливе JETA (керосин), используется вариант дизельного цикла. Существует много типов дизельных циклов, включая двухтактные и четырехтактные.


    ПО ТЕМЕ

    Четырехтактные двигатели: определение, схема, работа

    Четырехтактные двигатели являются наиболее распространенными двигателями внутреннего сгорания, используемыми в автомобилях, таких как грузовики, легковые автомобили и некоторые современные мотоциклы (большинство мотоциклов работают с двухтактными двигателями.) четырехтактный известны как цикл сгорания. Это происходит в процессе сгорания во внутренней части двигателя. Четырехтактный двигатель передает рабочий ход за каждые два периода хода поршня или за четыре хода поршня.

    Подробнее: Все, что вам нужно знать об автомобильном вентиляторе

    Сегодня вы познакомитесь с определением, схемой и работой четырехтактных двигателей как бензинового (отто-цикл), так и дизельного типа. Вы также узнаете о цикле Отто. Ранее я просмотрел несколько статей о двигателе внутреннего сгорания.Проверить!

    Подробнее: Понимание работы автомобильного мозга

    Четырехтактный цикл

    Ниже объясняется цикл сгорания четырехтактного двигателя. То есть все эти процессы должны быть выполнены до того, как транспортное средство сможет двигаться. эти процессы:

    1. такт впуска / впуска : это первая стадия цикла сгорания; на этом этапе поршень движется вниз, чтобы топливо и воздух попали в камеру.
    2. Такт сжатия : на этом этапе впускной клапан закрыт, блокируя выход топливовоздушной смеси. Поршень движется вверх по камере, сжимая воздух и топливо. В конце такта наличие свечи зажигания позволяет воспламенить топливовоздушную смесь, обеспечивая энергию, необходимую для сгорания.
    3. Рабочий ход: после того, как происходит сгорание, тепло, полученное от горючего углеводорода, увеличивает давление, давая достаточно энергии, чтобы толкнуть поршень и создать выходную мощность.
    4. Такт выпуска : это заключительная стадия цикла сгорания; это происходит, когда поршень движется назад вниз, и выпускной клапан открывается. Когда клапан открывается, выхлопные газы выталкиваются поршнем, когда он движется обратно вверх.

    Подробнее: Понимание того, как работает двигатель автомобиля

    Посмотрите видео ниже, чтобы узнать о работе четырехтактных двигателей:

    Тепловой КПД двигателя — это способность преобразовывать топливо (химическую энергию) в механическую энергию.Эта энергия будет варьироваться в зависимости от конструкции и модели автомобиля. Обычно бензиновые двигатели способны преобразовывать 20% топлива (химическая энергия) в механическую энергию. 15% его используется для перемещения колес, а 5% теряется на механические элементы и трение.

    Однако двигатель можно улучшить за счет термодинамической эффективности за счет более высокой степени сжатия. Соотношение определяется между максимальным и минимальным объемом камеры двигателя. Двигатель с более высоким передаточным числом позволит создать огромную топливно-воздушную смесь, что создаст более высокое давление, сделает корпус более горячим и увеличит тепловой КПД.

    Подробнее: Детали двигателя внутреннего сгорания

    Схема четырехтактных двигателей:

    Цикл Отто

    Подробнее: Что нужно знать о шатуне

    Николаус август Отто столкнулся с двигателем внутреннего сгорания, построенным в Париже бельгийским эмигрантом Жаном Жозефом Этьеном Ленуаром. Ленуар успешно создал двигатель двойного действия, который работает с осветительным газом с КПД 4% и выдает всего две лошадиные силы.Осветляющий газ производился из угля, разработанного в Париже Филипом Лебоном. Двигатель испытывался в 1861 году; Отто стало известно, как компрессия двигателя воздействует на топливный заряд. Отто решил создать двигатель, чтобы улучшить низкую эффективность и надежность двигателя Ленуара в 1862 году. Он попытался создать двигатель, который сжимал бы топливную смесь до воспламенения, но потерпел неудачу, поскольку этот двигатель работал не более чем за несколько минут до зажигания. его разрушение. Многие другие инженеры пытались решить эту проблему, но им это так и не удалось.

    Отто и Ойген Ланген основали первую компанию по производству двигателей внутреннего сгорания, NA Otto and Cie (NA Otto and Company), в 1864 году. В том же году Отто и Си удалось создать успешный атмосферный двигатель.

    На заводе не хватило места, и в 1869 году предприятие было перенесено в город Дойц, Германия, где компания была переименована в Deutz Gasmotorenfabrik AG (Компания по производству газовых двигателей Deutz).

    Подробнее: Все, что нужно знать об автомобильном поршне

    Даймлер, который был оружейником, работал над двигателем Ленуара.К 1876 году Отто и Лангену уже удалось создать первый двигатель внутреннего сгорания, который сжимал топливную смесь перед сгоранием, обеспечивая гораздо более высокий КПД, чем любой другой двигатель, созданный к тому времени.

    В 1883 году Daimler и Maybach оставили свою работу в Otto and Cie и разработали первый высокоскоростной двигатель Otto. В 1885 году им удалось создать первый автомобиль, оснащенный двигателем Отто. Daimler Reitwagen использовал систему зажигания с горячей трубкой и топливо, известное как Ligroin, чтобы стать первым в мире автомобилем с двигателем внутреннего сгорания.В нем использовался четырехтактный двигатель, основанный на конструкции Отто. Карл Бенц произвел автомобиль с четырехтактным двигателем, который в следующем году считается первым автомобилем.

    В 1884 году компания Отто, известная как Gasmotorenfabrik Deutz (GFD), разработала электрическое зажигание и карбюратор. В 1890 году Daimler и Maybach основали компанию, известную как Daimler Motoren Gesellschaft, известную сегодня как Daimler-Benz.

    Автор: alexxlab

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *