Рабочий цикл четырехтактного дизеля
Категория:
Устройство и работа двигателя
Публикация:
Рабочий цикл четырехтактного дизеля
Читать далее:
Рабочий цикл двухтактного дизеля
Рабочий цикл четырехтактного дизеля
Вариант 1 – Вариант 2 – Вариант 3
—
Вариант 1
Рабочий цикл четырехтактного дизеля (двигателя с воспламенением от сжатия) включает следующие такты: впуск, сжатие, рабочий ход, выпуск.
Рекламные предложения на основе ваших интересов:
Дополнительные материалы по теме:
Впуск. При такте впуска поршень перемещается от в. м. т. до н. м. т., и через открытый впускной клапан в цилиндр из впускного трубопровода поступает чистый воздух. В этом заключается основное отличие дизеля от карбюраторного двигателя, где при такте впуска в цилиндр поступает горючая смесь. Ввиду того что впускная система дизеля значительно проще, чем у карбюраторного двигателя, и оказывает меньшее сопротивление проходу воздуха, давление в цилиндре в конце впуска равно 0,85—0,95 кГ/см2, т.
е. цилиндр заполняется лучше. Температура заряда в конце впуска равна 60-70° С.
Рис. 1. Рабочий цикл четырехтактного дизеля: а — впуск; б — сжатие; в — рабочий ход; г — выпуск
Сжатие. Во время такта сжатия (рис. 1, б) поршень перемещается от н. м. т. до в. м. т. при закрытых клапанах и производит сжатие поступившего в цилиндр воздуха.
В дизелях применяется значительно более высокая степень сжатия, чем в карбюраторном и газовом двигателях, достигающая 16—17, так как при сжатии чистого воздуха нет опасности возникновения детонационного сгорания смеси. В конце такта сжатия давление в цилиндре возрастает до 30—35 кГ/сма, а температура воздуха повышается до 600—700 °С.
Рабочий ход. Перед рабочим ходом (рис. 1, в) в конце такта сжатия в цилиндр через форсунку при помощи топливного насоса под большим давлением впрыскивается тяжелое жидкое топливо в мелкораспыленном состоянии. Частицы топлива, соприкасаясь с воздухом, имеющим высокую температуру, быстро сгорают; при этом выделяется большое количество тепла, в результате чего температура в цилиндре повышается до 1800—2000 °С, а давление — до 50—60 кГ/см.
Выпуск. При такте выпуска (рис. 1, г) поршень перемещается от н. м. т. до в. м. т. и через открытый выпускной клапан выталкивает отработавшие газы, очищая цилиндр. Давление в цилиндре к концу выпуска падает до 1,05—1,15 кГ/см2, а температура — до 200—300 °С.
При дальнейшем вращении коленчатого вала все перечисленные такты повторяются в такой же последовательности.
Большие значения степени сжатия в дизелях обеспечивают высокую экономичность работы этих двигателей. Предельное значение степени сжатия в дизелях ограничивается величиной возрастающих потерь на трение в кривошипно-шатунном механизме, прочностью деталей и условиями пуска двигателя. По четырехтактному циклу работают дизели ЯМЗ-236 и ЯМЗ-238.
—
Вариант 2
Рабочий цикл четырехтактного дизеля, как и рабочий цикл четырехтактного карбюраторного двигателя, состоит из четырех повторяющихся тактов: впуска, сжатия, расширения, или рабочего хода, и выпуска. Однако рабочий цикл дизеля существенно отличается от рабочего цикла карбюраторного двигателя. В цилиндр дизеля поступает чистый воздух, а не горючая смесь. Воздух сжимается с высокой степенью сжатия, вследствие чего значительно повышается его давление и температура. В конце сжатия в раскаленный воздух из форсунки впрыскивается мелкораспылеиное топливо, воспламеняющееся не от электрической искры, а от соприкосновения с горячим воздухом. Поэтому дизель иногда называют двигателем с воспламенением от сжатия.
Первый такт — наполнение цилиндра воздухом. При движении поршня (рис. 2, а) от в. м. т. до н. м. т. в цилиндре создается разрежение. Впускной клапан открывается, и цилиндр наполняется воздухом, который предварительно проходит через воздухоочиститель.
Давление воздуха в цилиндре (у прогретого двигателя) при такте впуска составляет 80—90 кН/м2 (0,8 — 0,9 кгс/см?), а температура до 50—80 °С.
Второй такт — сжатие воздуха. Поршень (рис. 2, б) движется от н. м. т. до в. м. т., впускной и выпускной клапаны закрыты. Объем воздуха уменьшается, а его давление и температура увеличиваются. Дизели работают с высокими степенями сжатия — от 13 до 22. В конце сжатия давление воздуха внутри цилиндра повышается до 4000—5000 кН/м2 (40—50 кгс/см2), а температура до 600—700 °С. Для надежной работы двигателя температура сжатого воздуха в цилиндре дизеля должна быть значительно выше температуры самовоспламенения топлива.
Рис. 2. Схема рабочего цикла четырехтактного одноцилиндрового дизеля: а — впуск воздуха; б — сжатие воздуха; в — рабочий ход; г — выпуск отработавших газов; 1 — цилиндр; 2 — топливный яасос; 3 = поршень; 4 – форсунка; 5 — впускной клапан; 6 — выпускной клапан
Третий такт — рабочий ход. Оба клапана (рис. 2, в) закрыты.
При положении поршня около в. м. т. в сильно нагретый и сжатый воздух из форсунки 4 впрыскивается мелкораспыленное топливо под большим давлением 13 000—18 500 кН/м2 (130—185 кгс/см2), создаваемым топливным насосом. Топливо перемешивается с воздухом, нагревается и воспламеняется. Часть топлива сгорает при движении поршня к в. м. т., т. е. в конце такта сжатия, а другая часть при движении поршня вниз в начале такта расширения. Образующиеся при сгорании топлива газы увеличивают внутри цилиндра двигателя давление до 6000—8000 кН/м2 (60—80 кгс/см2) и температуру до 1800 — 2000 °С. Горячие газы расширяются и давят на поршень, который перемещается от в. м. т. до н. м. т., совершая рабочий ход.
Четвертый такт — выпуск. Поршень перемещается от н. м. т. до в. м. т. (рис. 2, г) и через открытый клапан вытесняет отработавшие газы из цилиндра. Давление и температура в конце выпуска соответственно равны 110—120 кН/м2 (1,1—1,2 кгс/см2) и 600—700 °С. После такта выпуска рабочий цикл дизеля повторяется в рассмотренной последовательности.
—
Вариант 3
В отличие от карбюраторного двигателя в цилиндр дизеля воздух и топливо вводятся раздельно. Сначала цилиндр дизеля заполняется воздухом. Затем воздух подвергается сжатию, в результате чего его температура и давление значительно повышаются. В конце такта сжатия в цилиндр вводится мелко распыленное жидкое топливо, которое самовоспламеняется от соприкосновения с горячим воздухом.
Рабочий цикл бескомпрессорного четырехтактного дизеля протекает следующим образом.
1. Такт впуска. Поршень движется от в. м. т. к н. м. т., впускной клапан открыт, и в цилиндр поступает воздух. Изменение объема и соответствующего ему давления характеризуется кривой впуска га на индикаторной диаграмме.
2. Такт сжатия. Оба клапана закрыты. Поршень движется от н. м. т. к в. м. т. и сжимает воздух. Вследствие большой степени сжатия (порядка 15—20) давление и температура воздуха в конце такта сжатия сильно возрастают. Температура сжатого воздуха становится выше температуры воспламенения топлива.
Изменение давления в такте сжатия характеризуется кривой ас на диаграмме.
Рис. 3. Рабочий цикл одноцилиндрового четырехтактного дизеля: — такт впуска; б — такт сжатия: в — такт расширения; г — такт выпуска.
Рис. 4. Индикаторная диаграмма четырехтактного дизеля.
В конце такта сжатия (при положении поршня, близком к в.м.т.) в цилиндр через форсунку впрыскивается тонко распыленное жидкое топливо.
Топливо, впрыснутое в цилиндр, смешивается с нагретым воздухом и остаточными газами, образуя рабочую смесь, которая воспламеняется. Часть топлива быстро сгорает при постоянном объеме. Изменение давления при этом иллюстрируется кривой cz’ на индикаторной диаграмме.
3. Такт расширения. Оба клапана закрыты. Поршень перемещается от в.м.т. к н.м.т. В начале движения поршня сгорает остальная часть топлива, поэтому в цилиндре в течение небольшого отрезка времени поддерживается почти постоянное давление. Кривая z’z на индикаторной диаграмме отображает процесс предварительного расширения газов.
Рис. 5. Схема устройства и работы двухтактного карбюраторного двигателя:
1 — канал, идущий из кривошипной камеры; 2 — продувочное окно; 3 — поршень; 4 — цилиндр; 5 —свеча; 6 — выпускное окно; 7 — впускное окно; 8 — карбюратор; 9 — кривошипная камера.
4. Такт выпуска. Выпускной клапан открывается. Поршень движется от н. м. т. к в. м. т. и через открытый клапан выталкивает отработавшие газы в атмосферу. Такт выпуска на индикаторной диаграмме показан в виде кривой.
У двигателей обоих типов в течение рабочего цикла только в такте расширения поршень перемещается под давлением газов и посредством шатуна приводит коленчатый вал во вращательное движение. При выполнении остальных (подготовительных) тактов — выпуске, впуске и сжатии — перемещение поршня происходит за счет механической энергии, накопленной маховиком во время такта расширения.
Рабочий цикл четырехтактного дизельного двигателя.
Рабочий цикл четырехтактного дизельного двигателя проходит в той же последовательности, что и цикл четырехтактного карбюраторного двигателя. Отличие заключается в характере протекания рабочего цикла, в способе смесеобразования и воспламенения топлива.
Первый такт – впуск (рис. 1, а). Поршень 5 движется от в.м.т. к н.м.т., впускной клапан 1 открыт. В цилиндр 4 под действием перепада давления в атмосфере и цилиндре поступает воздух, перемешиваясь с остаточными газами. Давление в конце такта 0,08…0,09 МПа, температура воздуха 320…340 К.
Второй
такт – сжатие (рис.
1, б). Оба клапана закрыты. Поршень 5
движется от н.м.т. к в.м.т., сжимая воздух.
Вследствие большой степени сжатия
(14… 18) давление в конце этого такта
достигает 3,5…4 МПа, а температура —
750…950 К (превышает температуру
самовоспламенения топлива).
Третий такт – расширение (рабочий ход) (рис. 1, в). Оба клапана закрыты. Поршень 5 под давлением расширяющихся газов движется от в.м.т. к н.м.т. и через шатун вращает коленчатый вал, совершая полезную работу. В начале такта сгорает остальная часть топлива. К концу рабочего хода давление газов уменьшается до 0,2…0,3 МПа, температура — до 900… 1200 К.
Четвертый
такт – выпуск (рис.
1, г). Выпускной клапан 3 открывается.
Поршень 5 движется от н.м.т. к в.м.т. и
через открытый клапан выталкивает
отработавшие газы из цилиндра в атмосферу.
К концу такта давление газов 0,11…0,12 МПа,
температура 650…900 К.
Рис. 1. Рабочий цикл одноцилиндрового четырехтактного дизеля: а — такт впуска; б — такт сжатия; в — такт расширения; г —такт выпуска; 1—впускной клапан; 2 — форсунка; 3— выпускной клапан; 4— цилиндр; 5—поршень; 6—топливный насос высокого давления
Далее рабочий цикл повторяется.
В течение рабочего цикла описанных двигателей только при рабочем ходе поршень перемещается под давлением газов и посредством шатуна приводит во вращательное движение коленчатый вал. При выполнении остальных тактов (выпуска, впуска и сжатия) поршень нужно перемещать, вращая коленчатый вал. Это вспомогательные такты, которые осуществляются за счет кинетической энергии, накопленной маховиком во время рабочего хода. Маховик, обладающий значительной массой, крепят на конце коленчатого вала.
Назначение.
Система
смазки (другое наименование — смазочная
система) предназначена для снижения
трения между сопряженными деталями
двигателя.
Кроме выполнения основной
функции система смазки обеспечивает
охлаждение деталей двигателя, удаление
продуктов нагара и износа, защиту деталей
двигателя от коррозии.
Устройство.
Система смазки двигателя включает поддон картера двигателя с маслозаборником, масляный насос, масляный фильтр, масляный радиатор, которые соединены между собой магистралями и каналами.
Поддон картера двигателя предназначен для хранения масла. Уровень масла в поддоне контролируется с помощью щупа, а также с помощью датчика уровня и температуры масла.
Масляный насос предназначен для закачивания масла в систему. Масляный насос может приводиться в действие от коленчатого вала двигателя, распределительного вала или дополнительного приводного вала. Наибольшее применение на двигателях нашли масляные насосы шестеренного типа.
Масляный
фильтр служит для очистки масла от продуктов
износа и нагара.
Очистка масла происходит
с помощью фильтрующего элемента, который
заменяется вместе с заменой масла.
Для охлаждения моторного масла используется масляный радиатор. Охлаждение масла в радиаторе осуществляется потоком жидкости из системы охлаждения.
Давление масла в системе контролируется специальным датчиком, установленным в масляной магистрали. Электрический сигнал от датчика поступает к контрольной лампе на приборной панели. На автомобилях также может устанавливаться указатель давления масла.
Датчик давления масла может быть включен в систему управления двигателем, которая при опасном снижении давления масла отключает двигатель.
На современных двигателях устанавливается датчик уровня масла и соответствующая ему сигнальная лампа на панели приборов. Наряду с этим, может устанавливаться датчик температуры масла.
Для
поддержания постоянного рабочего
давления в системе устанавливается
один или несколько редукционных
(перепускных) клапанов.
Клапаны
устанавливаются непосредственно в
элементах системы: масляном насосе,
масляном фильтре.
Принцип действия системы смазки.
В современных двигателях применяется комбинированная система смазки, в которой часть деталей смазывается под давлением, а другая часть – разбрызгиванием или самотеком (рис. 2).
Смазка двигателя осуществляется циклически. При работе двигателя масляный насос закачивает масло в систему. Под давлением масло подается в масляный фильтр, где очищается от механических примесей. Затем по каналам масло поступает к коренным и шатунным шейкам (подшипникам) коленчатого вала, опорам распределительного вала, верхней опоре шатуна для смазки поршневого пальца.
На рабочую поверхность цилиндра масло подается через отверстия в нижней опоре шатуна или с помощью специальных форсунок.
Остальные
части двигателя смазываются разбрызгиванием.
Масло, которое вытекает через зазоры в
соединениях, разбрызгивается движущимися
частями кривошипно-шатунного и
газораспределительного механизмов.
При этом образуется масляный туман,
который оседает на другие детали
двигателя и смазывает их.
Рис. 2. 1 – масляный поддон, 2 – датчик уровня и температуры масла, 3 – масляный насос, 4 – редукционный клапан, 5 – масляный радиатор, 6 – масляный фильтр, 7 – перепускной клапан, 8 – обратный клапан, 9 – датчик давления масла, 10 – коленчатый вал, 11 – форсунки, 12 – распределительный вал выпускных клапанов, 13 – распределительный вал впускных клапанов, 14 – вакуумный насос, 15 – турбонагнетатель, 16 – стекание масла, 17 – сетчатый фильтр, 18 – дроссель
Под действием сил тяжести масло стекает в поддон и цикл смазки повторяется.
На
некоторых спортивных автомобилях
применяется система смазки с сухим
картером. В данной конструкции масло
храниться в специальном масляном баке,
куда закачивается из картера двигателя
насосом. Картер двигателя всегда остается
без масла – «сухой картер». Применение
данной конструкции обеспечивает
стабильную работу системы смазки во
всех режимах, независимо от положения
маслозаборника и уровня масла в картере.
Как это работает: Дизельный двигатель: 4-тактный цикл
Понимание того, как работает ваш дизельный двигатель, является ключом к тому, чтобы знать, как ухаживать за ним и как чинить его, когда он выходит из строя. В первой части этой серии мы рассмотрим 4-тактный цикл
. Как это работает: Дизельный двигатель: 4-тактный цикл
Дизельный двигатель не имеет системы зажигания или свечей зажигания.
Дизельное топливо воспламеняется при температуре около 320°С. Так что же воспламеняет топливо и позволяет двигателю работать?
Когда воздух сжимается, его внутренняя энергия и, следовательно, температура увеличиваются.
При условии, что воздух сжимается достаточно быстро, так что у тепла остается мало времени для выхода в окружающую среду, воздух в цилиндре дизельного двигателя может подняться выше температуры воспламенения топлива только за счет сжатия.
Если затем впрыскивать дизельное топливо в горячий воздух, смесь воспламеняется с выделением энергии.
Это известно как воспламенение от сжатия.
Продолжение ниже…
Представим слона, прыгающего с высоты на мешок с прохладным воздухом. И давайте представим, что в то же самое время лучник выпускает стрелу, полную дизельного топлива, нацеленную на мешок с воздухом точно в то же время, что и слон.
Поскольку мешок с воздухом очень быстро сжимается при прибытии слона, стрела с точно правильным количеством топлива прибывает и проникает в мешок с уже очень горячим воздухом.
Есть только один неизбежный исход: слон получает бесплатную поездку!
Очень упрощенно, я знаю, но базовый дизельный двигатель так же прост.
Если воздух очень быстро нагревается выше температуры сгорания топлива И если в этот горячий воздух впрыскивается правильное количество топлива в нужное время, двигатель будет работать.
Электричество не требуется, за исключением достаточно быстрого проворачивания двигателя для запуска, что можно сделать вручную на небольшом двигателе.
Для настоящего двигателя, установленного на лодке, нет слона, и нам нужно подавать воздух в двигатель, выпускать выхлопные газы и заливать топливо в нужное время.
Ниже показан четырехтактный цикл. Почти каждый мотор для небольших лодок работает по этому принципу.
Кредит: Fernhurst
На этих рисунках поршень заменяет слона, мы используем клапаны в головке блока цилиндров (в верхней части двигателя), чтобы впустить воздух и выпустить выхлопные газы.
Топливо впрыскивается через зеленый компонент, называемый топливной форсункой. Поршень движется вверх и вниз, но мы хотим, чтобы вал вращался для привода нашего пропеллера.
Это движение вверх и вниз преобразуется шатуном и коленчатым валом, при этом шатун находится под поршнем, а коленчатый вал — под ним.
Это устройство немного похоже на автомобильные стеклоочистители; они ездят из стороны в сторону, но приводятся в движение двигателем.
В двигателе поршни движутся вверх и вниз, приводя в движение вал.
Новое издание Diesels Afloat (Fernhurst, 18,99 фунтов стерлингов) доступно на сайте www. fernhurstbooks.com. Он следует программе курса 1 по дизельным двигателям RYA и двигателям, одобренным MCA.0005
Купить дизельные двигатели на плаву в Foyles (Великобритания)
Купить дизельные двигатели на плаву в Waterstones (Великобритания)
Купить дизельные двигатели на плаву в Google Play
Примечание: мы можем зарабатывайте комиссию при покупке по ссылкам на нашем сайте без дополнительных затрат для вас. Это не влияет на нашу редакционную независимость.
Подписка на ежемесячный журнал Yachting Monthly стоит примерно на 40% меньше, чем стоимость обложки .
Печатные и цифровые издания доступны через Magazines Direct, где вы также можете найти последние предложения .
YM наполнен информацией, которая поможет вам получить максимальную отдачу от вашего времени на воде.
- Поднимите свое морское мастерство на новый уровень с советами, советами и навыками от наших экспертов
- Беспристрастные подробные обзоры новейших яхт и оборудования
- Путеводители, которые помогут вам добраться до места вашей мечты
Следуйте за нами на Facebook , Twitter и Instagram.
Дизельный двигатель: Как работает четырехтактный дизельный двигатель ИЛИ цикл воспламенения от сжатия?
В основном существует два типа дизельных двигателей — четырехтактные и двухтактные. «Дизельный цикл» использует более высокую степень сжатия. Он был назван в честь немецкого инженера Рудольфа Дизеля, который изобрел и разработал первый четырехтактный дизельный двигатель. Четыре такта дизельного двигателя аналогичны бензиновому двигателю. Тем не менее, «дизельный цикл» значительно отличается тем, как топливная система подает дизельное топливо в двигатель и зажигает его.
Обычный дизельный двигатель внутреннего сгорания работает по «дизельному циклу». В простых дизельных двигателях инжектор впрыскивает дизельное топливо непосредственно в камеру сгорания над поршнем. «Двигатель с воспламенением от сжатия» также является другим названием дизельного двигателя. Это в основном потому, что он сжигает дизельное топливо с горячим и сжатым воздухом. Температура воздуха внутри камеры сгорания поднимается выше 400°C до 800°C. Это, в свою очередь, воспламеняет дизельное топливо, впрыскиваемое в камеру сгорания. Таким образом, «дизельный цикл» не использует внешний механизм, такой как свеча зажигания, для воспламенения воздушно-топливной смеси.
Четырехтактный дизельный двигатель работает по следующему циклу:
1. Такт всасывания – При движении поршней вниз и открытии впускного клапана создается всасывание чистого воздуха в цилиндры.
Ход всасывания дизельного двигателя 2. Компрессия – При закрытии впускного клапана область над поршнем закрывается.
Поршень движется вверх, что приводит к сжатию воздуха в замкнутом пространстве при более высокой степени сжатия.
Процесс сгорания — На этом этапе форсунка впрыскивает дизельное топливо в камеру сгорания. Повышение температуры воздуха, вызванное его сжатием; приводит к мгновенному сгоранию дизельного топлива со взрывом. Это вызывает выделение тепла, которое создает силы расширения, известные как мощность.
Дизельный двигатель внутреннего сгорания3. Рабочий ход – Кроме того, эти силы снова толкают поршни вниз, что приводит к их возвратно-поступательному движению.
Рабочий ход дизельного двигателя4. Такт выпуска — По пути вверх поршни выталкивают выхлопные газы над собой через выпускной клапан, который открывается во время такта выпуска.
Такт выхлопа дизельного двигателя Этот цикл повторяется до тех пор, пока двигатель не выключится, в результате чего двигатель продолжает работать.