Рабочий цикл четырехтактного двигателя — специфические особенности, схема и описание

Автолюбители должны хотя бы в общих чертах знать, как устроен и работает двигатель. В большинстве автомобилей установлен четырехтактный четырехцилиндровый мотор. Давайте рассмотрим рабочий цикл четырехтактного двигателя. Далеко не все знают, какие процессы происходят, когда автомобиль находится в движении.

Общий принцип действия

Двигатель работает следующим образом. В камеру сгорания попадает топливная смесь, далее она сжимается под воздействием поршня. После этого смесь воспламеняется. Это приводит к расширению продуктов сгорания, они давят на поршень и выходят из цилиндра.

В двухтактных двигателях один оборот коленчатого вала совершается в два такта. Четырехтактный поршневой двигатель совершает рабочий цикл за два оборота коленчатого вала. Двигатели оснащаются ГРМ. Что это за механизм? Это элемент, который позволяет впускать топливную смесь в камеры и выпускать оттуда продукты сгорания. Обмен газов осуществляется в момент отдельного оборота коленчатого вала. Газообмен происходит за счет движения поршня.

История

Первое устройство, напоминающее четырехтактный мотор, изобрели Феличче Матоци и Евгений Барсанти. Но данное изобретение невероятным образом утеряли. Лишь в 1861 году похожий агрегат запатентовали.

А первый пригодный к использованию двигатель разработал инженер из Германии Николаус Отто. Мотор получил имя изобретателя, а рабочий цикл четырехтактного двигателя также носит имя этого инженера.

Основные отличия четырехтактных моторов

В двухтактном двигателе поршневые и цилиндровые пальцы, коленчатый вал, подшипники и компрессионные кольца смазываются за счет масла, которое доливают в топливо. В четырехтактном моторе все узлы установлены в масляной ванне. Это существенное отличие. Поэтому в четырехтактном агрегате нет необходимости смешивать масла и бензин.

Преимущества системы заключаются в том, что на зеркале в цилиндрах и на стенках глушителя количество нагара значительно меньше. Еще одно отличие – в двухтактных двигателях в выхлопную трубу попадает горючая смесь.

Работа двигателя

Вне зависимости от типа мотора, принцип его работы аналогичен. Сегодня существуют карбюраторные моторы, дизельные, инжекторные. Во всех моделях происходит один и тот же рабочий цикл четырехтактного двигателя. Давайте подробно рассмотрим, какие же процессы работают внутри мотора и заставляют его приходить в движение.

Четырехтактный цикл – это последовательность из четырех рабочих тактов. За начало обычно принимается такт, когда в камеры сгорания попадает горючая смесь. Хоть за время его течения в двигателе проходят и другие действия, обозначаемый такт – это один рабочий процесс. К примеру, такт сжатия – это не только сжатие. В этот период смесь перемешивается в цилиндрах, начинается формирование газа, она воспламеняется.

То же самое можно сказать и о других этапах работы двигателя. Самое важное здесь то, что разные процессы для лучшего понимания и упрощения рабочего цикла четырехтактного двигателя раскладывают лишь на четыре такта.

Впуск

Итак, в камере сгорания силового агрегата циклы преобразований энергии начинаются с реакции горения топливной смеси. При этом поршень находится в самой верхней своей точке (положение ВМТ), а затем движется вниз. В результате в камере сгорания двигателя возникает разрежение. Под его воздействием горючая жидкость всасывает топливо. Впускной клапан при этом находится в открытом положении, а выпускной закрыт.

Когда поршень начинает движение вниз, то над ним увеличивается объем. Это и вызывает разрежение. Оно составляет примерно 0,071-0,093 МПа. Таким образом, в камеру сгорания попадает бензин. В инжекторных двигателях топливо впрыскивается форсункой. После поступления смеси в цилиндр ее температура может составлять 75 до 125 градусов.

То, как сильно цилиндр будет заполнен топливной смесью, определяют по коэффициентам заполнения. Для двигателей с карбюраторной системой питания данный показатель составит от 0,64 до 0,74. Чем выше значение коэффициента, тем более мощный мотор.

Сжатие

После заполнения камеры сгорания горючей смесью бензиновых паров и воздуха, если коленвал производит вращательные движения, поршень начнет возвращаться в свое нижнее положение. Впускной клапан на данном этапе начнет закрываться. А выпускной будет все еще закрыт.

Рабочий ход

Это третий такт рабочего цикла четырехтактного двигателя внутреннего сгорания. Он самый важный в работе силового агрегата. Именно на данном этапе работы двигателя энергия от сгорания топлива преобразуется в механическую, заставляющую вращаться коленчатый вал.

Когда поршень находится в позиции, близкой к ВМТ, еще в процессе сжатия топливная смесь принудительным образом воспламеняется от свечи зажигания двигателя. Топливный заряд сгорает очень быстро. Еще до начала этого такта сгоревшие газы имеют максимальное значение давления. Эти газы являются рабочим телом, сжатым в небольшом объеме камеры сгорания двигателя. Когда поршень начнет двигаться вниз, газы начинают интенсивно расширяться, высвобождая энергию.

Среди всех тактов рабочего цикла четырехцилиндрового двигателя именно этот самый полезный. Он функционирует на нагрузку агрегата. Только на этом этапе коленвал получает разгонное ускорение. Во всех прочих мотор не вырабатывает энергию, а потребляет ее от того же коленчатого вала.

Выпуск

После совершения газами полезной работы они должны выйти из цилиндра, чтобы освободилось место для новой порции горюче-воздушной смеси. Это последний такт в рабочем цикле четырехтактного двигателя.

Газы на этом этапе находятся под давлением, существенно превышающем атмосферное. Температура к концу такта снижается примерно до 700 градусов. Коленвал посредством шатуна двигает поршень к ВМТ. Далее открывается выпускной клапан, газы выталкиваются в атмосферу через выхлопную систему. Что касается давления, то оно высокое только в самом начале. В конце такта оно снижается до 0,120 МПа. Естественно, полностью избавиться от продуктов сгорания в цилиндре невозможно. Поэтому они при следующем такте впуска смешиваются с топливной смесью.

Порядок работы

Описанные этапы составляют рабочий цикл четырехтактного бензинового двигателя. Нужно понимать, что каких-либо строгих соответствий между тактами и процессами в поршневых двигателях нет. Это легко объяснить тем, что при эксплуатации силового агрегата фазы газораспределительного механизма и то, в каком состоянии находятся клапаны, будет накладываться на движения поршней в различных моторах совершенно по-разному.

В любом цилиндре рабочий цикл четырехтактного карбюраторного двигателя протекает именно таким образом. Каждая камера сгорания в двигателе нужна для вращения единственного коленчатого вала, воспринимающего усилие от поршней.

Это чередование называют порядком работы. Такой порядок задается на этапе конструирования силового агрегата через особенности распределительного и коленчатого валов. Он не изменяется в процессе эксплуатации механизма.

Реализация порядка работы осуществляется чередованием искр, которые поступают на свечи от системы зажигания. Так, четырехцилиндровый мотор может работать в следующих порядках – 1, 3, 4, 2 и 1, 2, 4, 3.

Узнать порядок, в котором работают цилиндры двигателя, можно из инструкции к автомобилю. Иногда порядок работы указан на корпусе блока.

Вот как протекает рабочий цикл четырехтактного карбюраторного двигателя или любого другого. Система питания никак не влияет на принцип действия агрегата. Разница лишь в том, что карбюратор – это механическая система питания, имеющая определенные недостатки, а в случае с инжекторами этих недостатков в системе нет.

Дизельные моторы

Рабочий цикл четырехтактного дизельного двигателя – это такая же последовательность процессов, как и цикл карбюраторного мотора. Разница состоит в том, как протекает цикл, а также в различиях процессов образования смеси и воспламенения.

Такт впуска на дизеле

При движении поршня по направлению вниз газораспределительный механизм открывает впускной клапан. В камеру сгорания попадает определенное количество воздуха. Температура в цилиндре при этом составляет примерно 80 градусов. В дизельных двигателях система питания значительно отличается от бензиновых карбюраторных моторов. Например, гидравлическое сопротивление в них ниже, а давление немного повышается.

Такт сжатия в дизельном двигателе

На данном этапе работы поршень в камере сгорания идет по направлению вверх к ВМТ. Оба клапана в двигателе автомобиля находятся в закрытом состоянии. В результате работы поршня воздух в цилиндре сжимается. Степень сжатия в дизельном двигателе более высокая, чем в бензиновых моторах, а давление внутри цилиндра может достигать 5 МПа. Сжатый воздух существенно нагревается. Температуры могут достигать 700 градусов. Это нужно, чтобы воспламенилось топливо. Оно на дизельных моторах подается через форсунки, установленные на каждом цилиндре. В зимнее время в работе участвуют свечи накаливания. Они предварительно подогревают холодную смесь. Таким образом мотор легче запускается в зимнее время. Но такая система есть не на всех авто.

Такт расширения газов в дизельном двигателе

Когда поршень дизельного двигателя еще не дошел до верхней точки примерно на 30 градусов по коленвалу, ТНВД через форсунку подает в цилиндр топливо под высоким давлением. Значение в 18 МПа необходимо, чтобы горючее могло тонко распыляться и распределиться по всему объему в цилиндре.

Далее топливо под действием высоких температур воспламеняется и быстро сгорает. Поршень движется к нижней точке. Температура внутри цилиндра в этот момент составляет около 2000 градусов. К концу такта температура снижается.

Выпуск в дизельном двигателе

На этом этапе выпускной клапан открыт, поршень движется к верхней точке. Из цилиндра принудительно удаляются продукты сгорания. Далее они идут на выпускной коллектор. После этого в работу включается каталитический нейтрализатор. Газы, проходя через него под высокой температурой, очищаются. В атмосферу уже выходит чистый, безвредный газ. На дизельных автомобилях дополнительно установлен сажевый фильтр. Он также способствует очистке газов.

Заключение

Мы подробно разобрали, как осуществляется рабочий цикл четырехтактного двигателя (проходит за два оборота коленчатого вала силовой установки). А сам цикл включает в себя много разных процессов.

Основные понятия и определения. Рабочий процесс. Схема одноцилиндрового четырехтактного двигателя

Похожие презентации:

Влияния состава и размера зерна аустенита на температуру фазового превращения и физико-механические свойства сплавов

Газовая хроматография

Геофизические исследования скважин

Искусственные алмазы

Трансформаторы тока и напряжения

Транзисторы

Воздушные и кабельные линии электропередач

Создание транспортно-энергетического модуля на основе ядерной энергодвигательной установки мегаваттного класса

Магнитные аномалии

Нанотехнологии

1. Основные понятия и определения. Рабочий процесс.

2. Схема одноцилиндрового четырехтактного двигателя

Схема устройства поршневого двигателя внутреннего
сгорания:
а — продольный вид, б — поперечный вид;
1 — головка цилиндра, 2 — кольцо, 3 — палец,
4 — поршень, 5 — цилиндр, 6 — картер, 7 — маховик,
8 — коленчатый вал, 9 — поддон, 10 — щека,
11 — шатунная шейка, 12 — коренной подшипник,
13 — коренная шейка, 14 — шатун,
15, 17- клапаны, 16 – форсунка
S
Рабочим
объемом
цилиндра
называется объем между верхней и
нижней мертвыми точками, который
равен
2
D
Vh =
4
S
Степенью сжатия называется отношение полного объема цилиндра
к объему камеры сгорания
Va Vc Vh
Vh
1
Vc
Vc
Vc
Величина степени сжатия у двигателей различна
Тип ДВС
Двигатель с искровым зажиганием
5…10
Дизель без наддува
13…18
Дизель с турбонаддувом
10…16

4.

Рабочий процесс четырехтактного дизеля• Впуск – первый такт. Поршень перемещается от ВМТ
(верхней мёртвой точки) вниз и, действуя подобно
насосу, создает разрежение в цилиндре. Через
открытый впускной клапан цилиндр заполняется
чистым воздухом под влиянием разности давлений.
Выпускной клапан закрыт. В конце такта закрывается
и впускной клапан. В конце такта впуска давление в
цилиндре составляет 0,08…0,09 МПа, температура –
30…500 С. Для упрощения принимаем, что клапаны
открываются и закрываются в мёртвых точках, (хотя в
реальном двигателе, как будет показано ниже это не
так).
• Сжатие – второй такт. Поршень, продолжая
движение, перемещается верх. Поскольку оба
клапана
закрыты,
поршень
сжимает
воздух,
температура которого растет. Благодаря высокой
степени сжатия давления в цилиндре повышается до
4 МПа, воздух нагревается до температуры 6000С. В
конце такта сжатия через форсунку в цилиндр
впрыскивается порция дизельного топлива в
мелкораспыленном состоянии. Мелкие частицы
топлива, соприкасаясь с нагретыми сжатым воздухом
и стенками цилиндра, самовоспламеняются, и
большая их часть сгорает.

Расширение или рабочий ход — третий такт. Во
время этого такта топливо полностью сгорает. Оба
клапана при рабочем ходе закрыты. Температура
газов при сгорании достигает 20000С, давление
повышается до 8 МПа и более. Под большим
давлением
расширяющихся
газов
поршень
перемещается вниз и передает воспринимаемое им
усилие через шатун на коленчатый вал, заставляя
его вращаться. Около НМТ (нижней мёртвой точки)
давление снижается до 0,4 МПа, температура — до
7000С.
Выпуск – четвертый такт. Поршень перемещается
вверх, выпускной клапан открывается. Отработавшие
газы сначала под действием избыточного давления, а
затем поршнем удаляется из цилиндра.

8. Работа многоцилиндровых двигателей

9. Порядок работы двигателя

English     Русский Правила

Схема 4-тактного двигателя и принцип работы

Четырехтактный двигатель — это тип двигателя, который широко используется во многих автомобилях. Есть причина, по которой многие автомобили используют 4-тактный двигатель, в основном четырехтактный двигатель имеет более низкий расход топлива.

Это делает автомобили более экономичными, кроме того, этот тип двигателя имеет лучшие выбросы, чем двухтактный двигатель.

Сегодня мы познакомимся со схемой цикла 4-тактного двигателя. Если у вас есть вопрос, как работает четырехтактный двигатель? в этой статье вы найдете ответ.

Принцип работы 4-тактного двигателя

Как следует из названия, этот двигатель имеет 4 такта в цикле.

1. Такт всасывания/впуска
2. Такт сжатия
3. Такт сгорания
4. Такт выпуска

Прежде чем мы обсудим принцип работы, вам нужно понять основную часть этого двигателя. По крайней мере, есть 4 основные части;

• Блок цилиндров, трубчатая часть, используемая для движения поршня.
• Головной цилиндр, цилиндр с закрытым верхом, который используется в качестве камеры сгорания и части корпуса другой части двигателя (например, свечи зажигания и клапанного механизма).
• Поршень, цилиндрическая деталь, перемещающаяся вверх и вниз. Движение поршня изменит объем внутри камеры сгорания, это основная идея работы четырехтактного двигателя.
• Клапанный механизм, этот клапан играет роль двери для входа воздуха в камеру сгорания и для отвода выхлопных газов в глушитель. Клапан, управляемый механизмом, связанным с коленчатым валом двигателя.

После того, как вы поняли основную часть, давайте обсудим главное меню;

1. Такт впуска

Такт впуска — это процесс, при котором газ (смесь воздуха и топлива с определенным уровнем) вводится в пространство внутри двигателя, которое называется камерой сгорания.

Принцип его работы начинается от поршня, положение которого находится в ВМТ (верхней мертвой точке). Это положение означает, что поршень находится в верхней части блока цилиндров. В этом положении в камере сгорания остается очень мало места.

Однако, когда такт впуска начинается, когда поршень движется вниз. Так что объем камеры сгорания будет увеличиваться, и влияние вакуума в камере сгорания также становится больше. Увеличение объема камеры сгорания за счет движения поршня вниз, в другой стороне открывается впускной клапан и он будет всасывать газ, подготовленный для поступления в увеличенную камеру сгорания.

Где газ может попасть в камеру сгорания?

Не следует забывать, что в 4-тактном двигателе есть клапанный механизм, который может регулировать открытие клапана в зависимости от времени (когда всасывается). В этом случае, когда начнется такт впуска, впускной клапан откроется, чтобы газ из впускного коллектора мог беспрепятственно поступать в камеру сгорания.

В конце этапа всасывания поршень находится в НМТ (нижней мертвой точке), т. е. в положении, в котором поршень находится у нижнего конца блока цилиндров. Это делает объем камеры сгорания максимальным и полностью заполненным газом, готовым к сжиганию.

2. Такт сжатия

Такт сжатия — это процесс увеличения давления и температуры газа внутри камеры сгорания, потому что для получения более высокой взрывной мощности или расширения нам нужно сжигать газ при более высокой температуре и объеме.

Возможно, вы видели взрывную петарду. Почему петарды могут взрываться? а мощность расширения тоже есть? Это потому, что в закрытом помещении горят взрывчатые вещества. Даже на автомате в двигателе используется не взрывчатый порох, а газ.

Обычно этот газ легко адаптируется к пространству и легко воспламеняется, но его способность к расширению низка. Для увеличения мощности расширения одним из используемых методов является повышение давления и температуры газа.

Такт сжатия начинается, когда поршень в положении НМТ перемещается в ВМТ (движется вверх). Ранее в конце ступени всасывания камера сгорания на максимальном объеме заполнялась газом. При редком сжатии поршень движется обратно вверх. Другими словами, это движение уменьшит объем камеры сгорания.

В этом состоянии впускной клапан и выпускной клапан плотно закрыты. Так что сжатие внутри объема камеры сгорания будет сжимать газ в камере сгорания. К концу этапа сжатия давление и температура газа уже находятся на самом высоком уровне, поэтому они готовы к сжиганию.

3. Рабочий ход/такт сгорания

Этапы горения можно интерпретировать как воспроизведение удара, потому что на этом этапе происходит горение. Ранее в конце такта сжатия положение поршня было уже вверху с газом в камере сгорания при полном давлении и высокой температуре.

В этих условиях небольшие триггеры (например, электрические искры) могут сжечь газ. Так что, когда этот удар произойдет, свеча зажигания будет брызнуть огнем. В результате газы высокого давления сгорают и вызывают значительную взрывную силу.

Но конструкция двигателя сделана таким образом, чтобы выдерживать силу расширения. Так что взрывная сила сгорания может быть направлена ​​на перемещение поршня вниз. Мощность расширения будет влиять на мощность движения поршня. В конце концов, мощность движения поршня будет влиять на мощность автомобиля.

Другими словами, почему поршень в двигателе может сам двигаться вверх и вниз? это происходит из-за влияния импульса или силы взрыва при горении.

Сила расширения имеет достаточную мощность, чтобы не только поршень мог двигаться вверх и вниз, но также мог перемещать трансмиссию автомобиля, пока автомобиль не сможет двигаться быстро.

4. Такт выпуска

Это последний этап цикла четырехтактного двигателя, на этом этапе происходит сброс остаточных газов сгорания из камеры сгорания в выхлоп.

Процесс происходит, когда поршень получает мощность расширения, поршень движется к НМТ. Когда поршень достигает НМТ, поршень движется прямо вверх благодаря механизму коленчатого вала. При перемещении поршня в эту ВМТ выпускной клапан открывается. Так что поршень непосредственно выталкивает остаточный газ сгорания, чтобы выйти через трубу выпускного коллектора.

Затем, когда поршень достигнет ВМТ, выпускной клапан закроется и вернется на ступень всасывания, чтобы продолжить следующий цикл двигателя.

Пожалуй, хватит на данный момент, надеюсь, вы понимаете это обсуждение, надеюсь, это полезно для всех вас.

Как работает четырехтактный двигатель? и с [Цикл двигателя, схема и работа]

Как работает 4-тактный двигатель

Введение

Как работает 4-тактный двигатель: — Четырехтактный двигатель относится к двигателю внутреннего сгорания, который использует все четыре отдельных хода поршня, которые включают впуск, сжатие, мощность и выпуск, чтобы завершить весь рабочий цикл. Поршень имеет два полных прохода в цилиндре, которые используются для завершения одного рабочего цикла. Цикл требовал как минимум два оборота, что составляет угол около 720 градусов в коленчатом валу. Четырехтактный двигатель является одним из наиболее распространенных типов малых двигателей, который выполняет пять тактов в одном рабочем цикле, который включает в себя такты впуска, сжатия, зажигания, мощности и выпуска.

1. Такт впуска: (4-тактный двигатель)

Впускные клапаны необходимы всякий раз, когда в камере сгорания требуется воздушно-топливная смесь. Это событие происходит, когда поршень перемещается из ВМТ в НМТ, а впускной клапан остается открытым. При движении поршня к НМТ давление в цилиндре уменьшается. Атмосферное давление подает топливно-воздушную смесь в открытый впускной клапан, находящийся внутри цилиндра, чтобы заполнить область низкого давления, создаваемую постоянным движением поршня.

После НМТ цилиндр продолжает немного заполняться, потому что топливовоздушная смесь течет непрерывно за счет собственной инерции, а поршень начинает менять свое направление. Впускной клапан остается открытым под углом в несколько градусов к повороту коленчатого вала после завершения НМТ, что также зависит от конструкции двигателя. После этого впускной клапан закрывается, и воздушно-топливная смесь полностью уплотняется внутри цилиндра.

2. Такт сжатия: (4-тактный двигатель)

Такт сжатия требуется всякий раз, когда топливно-воздушная смесь находится внутри самого цилиндра. Камера сгорания настроена на герметичность для формирования более высокого заряда. Под зарядом здесь понимается объем сжатой воздушно-топливной смеси, которая удерживается внутри камеры сгорания и находится в состоянии готовности к воспламенению.

Процесс сжатия воздушно-топливной смеси помогает высвобождать больше энергии при воспламенении заряда. Как впускной, так и выпускной клапаны должны быть закрыты, чтобы убедиться, что цилиндр герметичен, что должно обеспечивать только высокую степень сжатия. Это процесс, при котором происходит либо уменьшение, либо сжатие заряда от увеличенного объема к уменьшенному внутри камеры сгорания. Маховик помогает поддерживать необходимый импульс для того, чтобы сжимать заряд. Если обнаруживается, что поршень двигателя сжимает заряд, то поршень увеличивает сжимающую силу, которая отвечает за выделение тепла.

Как работает 4-тактный двигатель

Также происходит увеличение испарения топлива в виде мелких капель, которые испаряются быстрее по сравнению с выделяемым теплом. Капли увеличивают площадь поверхности открытого пламени воспламенения и помогают полностью сжечь заряд внутри камеры сгорания. Только бензин воспламеняется в виде пара. Если площадь поверхности капли бензина увеличивается, то может быть больше выделения пара вместо того, чтобы оставаться в жидком состоянии.

Следует отметить, что по мере сжатия заряженных молекул пара, в процессе горения будет получаться все больше и больше энергии. Энергия, необходимая для сжатия заряда, значительно меньше силы, приобретаемой или производимой в процессе горения. Коэффициент сжатия двигателя — это объем камеры сгорания в поршне в НМТ к объему камеры сгорания в поршне в ВМТ.

Эта область сочетается с дизайном и стилем камеры сгорания, которая отвечает за определение степени сжатия. Топливная экономичность двигателя зависит от более высокой степени сжатия. Более высокая степень сжатия обычно обеспечивает увеличение давления сгорания или силы, действующей на поршень. В то время как более высокая степень сжатия увеличивает эффект оператора, необходимый для запуска двигателя.

3. Рабочий ход: (4-тактный двигатель)

Рабочий ход относится к рабочему такту двигателя, при котором горячие силы газов расширяют головку поршня от головки цилиндра. Усилие поршня и его движение передается через шатун, чтобы передать крутящий момент на коленчатый вал, который применяется для инициирования вращательного движения в коленчатом валу. Создаваемый крутящий момент определяется величиной давления, рассчитанного на поршень, его размером и ходом двигателя. Оба клапана остаются закрытыми во время рабочего такта.

4. Такт выпуска: (4-тактный двигатель)

Такт выпуска может относиться к тому случаю, когда отработавшие газы выбрасываются из камеры сгорания и выбрасываются непосредственно в атмосферу. Таким образом, это последний ход, который происходит, когда выпускной клапан остается открытым, а впускной клапан остается закрытым. Движение поршня удаляет выхлопные газы в атмосферу.

Когда поршень достигает НМТ во время рабочего такта, сгорание завершается и цилиндр заполняется выхлопными газами. Затем открывается выпускной клапан, и инерция маховика толкает поршень и движущиеся части обратно в ВМТ, что выталкивает выхлопные газы из выпускного клапана, который остается открытым.