+7 495 665 08 52

+7 495 508 19 83

Рабочие циклы четырехтактных двигателей


Рабочие циклы четырехтактных двигателей | Двигатель автомобиля

Рабочий цикл карбюраторного четырехтактного двигателя

Рассмотрим подробно каждый такт цикла.

Такт впуска

Поршень 4 движется от в.м.т. к н.м.т. Над ним в полости цилиндра 1 создается разрежение. Впускной клапан 6 при этом открыт, цилиндр через впускную трубу 7 и карбюратор 8 сообщается с атмосферой. Под влиянием разности давлений воздух устремляется в цилиндр. Проходя через карбюратор, воздух распыливает топливо и, смешиваясь с ним, образует горючую смесь, которая поступает в цилиндр. Заполнение цилиндра 1 горючей смесью продолжается до прихода поршня в н.м.т. К этому времени впускной клапан закрывается.

Такт сжатия

При дальнейшем повороте коленчатого вала 10 поршень движется от н.м.т. к в.м.т. В это время впускной 6 и выпускной 3 клапаны закрыты, поэтому поршень сжимает находящуюся в цилиндре рабочую смесь. В такте сжатия составные части рабочей смеси хорошо перемешиваются и нагреваются. В конце такта сжатия между электродами свечи 5 возникает электрическая искра, от которой рабочая смесь воспламеняется. В процессе сгорания топлива выделяется большое количество теплоты, давление и температура газов повышаются.

Такт расширения

Оба клапана закрыты. Под давлением расширяющихся газов поршень движется от в.м.т. к н.м.т. (рисунок в) и при помощи шатуна 9 вращает коленчатый вал 10, совершая полезную работу.

Такт выпуска

Когда поршень подходит к н.м.т., открывается выпускной клапан 3 и отработавшие газы под действием избыточного давления начинают выходить из цилиндра в атмосферу через выпускную трубу 2. Далее поршень движется от н.м.т. к в.м.т. (рисунок г) и выталкивает из цилиндра отработавшие газы.

Далее рабочий цикл повторяется.

Рисунок. Рабочий цикл одноцилиндрового четырехтактного карбюраторного двигателя:
а — такт впуска; б — такт сжатия; в — такт расширения; г — такт выпуска; 1 — цилиндр, 2 — выпускная труба; 3 — выпускной клапан; 4 — поршень; 5 — искровая зажигательная свеча; 6 — впускной клапан; 7 — впускная труба; 8 — карбюратор; 9 — шатун; 10 — коленчатый вал.

Рабочий цикл четырехтактного дизеля

В отличие от карбюраторного двигателя в цилиндр дизеля воздух и топливо вводятся раздельно.

Такт впуска

Поршень движется от в.м.т. к н.м.т. (рисунок а), впускной клапан открыт, в цилиндр поступает воздух.

Такт сжатия

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

Рисунок. Рабочий цикл одноцилиндрового четырехтактного дизеля: а — такт впуска; б — такт сжатия; в — такт расширения; г — такт выпуска

В конце такта сжатия при положении поршня, близком к в.м.т., в цилиндр через форсунку начинает впрыскиваться жидкое топливо. Устройство форсунки обеспечивает тонкое распыливание топлива в сжатом воздухе.

Топливо, впрыснутое в цилиндр, смешивается с нагретым воздухом и оставшимися газами, образуется рабочая смесь. Большая часть топлива воспламеняется и сгорает, давление и температура газов повышаются.

Такт расширения

Оба клапана закрыты. Поршень движется от в.м.т. к н.м.т. (рисунок в). В начале такта расширения сгорает остальная часть топлива.

Такт выпуска

Выпускной клапан открывается. Поршень движется от н.м.т. к в.м.т. (рисунок г) и через открытый клапан выталкивает отработавшие газы в атмосферу.

Далее рабочий цикл повторяется.

У описанных двигателей в течение рабочего цикла только в такте расширения поршень перемещается под давлением газов и посредством шатуна приводит коленчатый вал во вращательное движение. При выполнении остальных тактов — выпуске, впуске и сжатии — нужно перемещать поршень, вращая коленчатый вал. Эти такты являются подготовительными и осуществляются за счет кинетической энергии, накопленной маховиком в такте расширения. Маховик, обладающий значительной массой, крепят на конце коленчатого вала.

Дизель по сравнению с карбюраторным двигателем имеет следующие основные преимущества:

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

Недостатки дизеля:

  • более высокое давление газов в цилиндре требует повышенной прочности деталей, а это приводит к увеличению размеров и массы дизеля
  • пуск его затруднен, особенно в зимнее время

Хорошие экономические показатели дизелей обусловили их широкое применение в качестве двигателей для тракторов, грузовых и легковых автомобилей.

Как работает 4-х тактный двигатель

Для питания вашего оборудования двигатель с верхним расположением клапанов выполняет повторяющийся четырехэтапный процесс, подробно описанный ниже.

Элемент, который позволяет двигателям внутреннего сгорания работать

  • Air
  • Топливо
  • Сжатие
  • Spark

Шаг 1: Ход впуска

Воздух и топливо поступают в небольшой двигатель через карбюратор. Задачей карбюратора является подача смеси воздуха и топлива, которая обеспечит правильное сгорание.Во время такта впуска открывается впускной клапан между карбюратором и камерой сгорания. Это позволяет атмосферному давлению нагнетать топливовоздушную смесь в отверстие цилиндра при движении поршня вниз.

>> Проблемы с производительностью? Узнайте, как устранить неполадки при ремонте карбюратора и очистить / отремонтировать небольшой карбюратор двигателя.

Шаг 2: Ход сжатия

Сразу после того, как поршень перемещается к нижней части своего хода (нижней мертвой точке), в отверстии цилиндра находится максимально возможная воздушно-топливная смесь.Впускной клапан закрывается, и поршень возвращается обратно в отверстие цилиндра. Это называется такта сжатия процесса 4-тактного двигателя. Воздушно-топливная смесь сжимается между поршнем и головкой цилиндров.

Шаг 3: Инсульт

Когда поршень достигнет вершины своего хода (верхней мертвой точки), он будет в оптимальной точке, чтобы зажечь топливо, чтобы максимизировать мощность вашего наружного силового оборудования. В катушке зажигания создается очень высокое напряжение.Свеча зажигания позволяет отводить это высокое напряжение в камеру сгорания. Тепло, создаваемое искрой, зажигает газы, создавая быстро расширяющиеся, перегретые газы, которые заставляют поршень возвращаться в отверстие цилиндра. Это называется силовым ходом .

Шаг 4: Ход выхлопного газа

Когда поршень снова достигает нижней мертвой точки, открывается выпускной клапан. Когда поршень движется обратно вверх по отверстию цилиндра, он вытесняет отработавшие газы сгорания через выпускной клапан и из систем выпуска.Когда поршень возвращается в верхнюю мертвую точку, выпускной клапан закрывается, и впускной клапан открывается, и процесс четырехтактного двигателя повторяется.

При каждом повторении цикла требуется два полных оборота коленчатого вала, в то время как двигатель создает мощность только во время одного из четырех тактов. Для поддержания работоспособности машины требуется небольшой маховик двигателя. Рабочий ход создает импульс, который толкает инерцию маховика, удерживая его, и коленчатый вал вращается во время тактов выпуска, впуска и сжатия.

,

Четырехтактный двигатель - Energy Education

Рисунок 1. Четырехтактный двигатель внутреннего сгорания. 1: впрыск топлива, 2: зажигание, 3: расширение (работа выполнена), 4: выхлоп. [1]

Четырехтактный двигатель является наиболее распространенным типом двигателей внутреннего сгорания и используется в различных автомобилях (которые специально используют бензин в качестве топлива), таких как автомобили, грузовики и некоторые мотоциклы (многие мотоциклы используют двухтактный двигатель). Четырехтактный двигатель обеспечивает один рабочий ход на каждые два цикла поршня (или четыре хода поршня).Справа (рис. 1) изображен четырехтактный двигатель, а дальнейшее объяснение этого процесса приведено ниже.

  1. Ход впуска: Поршень движется вниз ко дну, это увеличивает объем, позволяя топливно-воздушной смеси проникать в камеру.
  2. Ход сжатия: Впускной клапан закрыт, и поршень движется вверх по камере вверх. Это сжимает топливовоздушную смесь. В конце этого хода свеча зажигания обеспечивает сжатое топливо энергией активации, необходимой для начала сгорания.
  3. Рабочий ход: Когда топливо достигает конца своего сгорания, тепло, выделяемое при сжигании углеводородов, увеличивает давление, которое заставляет газ давить на поршень и создавать выходную мощность.
  4. Ход выпуска: Когда поршень достигает дна, выпускной клапан открывается. Оставшийся выхлопной газ выталкивается поршнем, когда он движется назад вверх.


Тепловая эффективность этих бензиновых двигателей будет варьироваться в зависимости от модели и конструкции автомобиля.Однако в целом бензиновые двигатели преобразуют 20% топлива (химическая энергия) в механическую энергию, при которой только 15% будет использоваться для перемещения колес (остальное теряется на трение и другие механические элементы). [2] Одним из способов повышения термодинамической эффективности двигателей является более высокая степень сжатия. Это соотношение представляет собой разницу между минимальным и максимальным объемом в камере двигателя (обозначено как ВМТ и BDC на рисунке 2). Более высокое отношение позволит более крупной топливно-воздушной смеси поступать, вызывая более высокое давление, приводя к более горячей камере, которая увеличивает тепловой КПД. [2]

Цикл Отто

Рисунок 2. Реальный процесс отто цикла, который происходит в четырехтактном двигателе. [3] Рисунок 3. Идеальный цикл Отто. [4]

Диаграмма объема давления (PV-диаграмма), которая моделирует изменения в топливно-воздушной смеси, испытывающие давление и объем в четырехтактном двигателе, называется циклом Отто. Изменения в них будут создавать тепло и использовать это тепло для перемещения автомобиля или машины (отсюда и причина того, что это тип теплового двигателя).Цикл Отто можно увидеть на рисунке 2 (реальный цикл Отто) и на рисунке 3 (идеальный цикл Отто). Компонент любого двигателя, использующего этот цикл, будет иметь поршень для изменения объема и давления топливовоздушной смеси (как показано на рисунке 1). Поршень получает движение от сгорания топлива (где это происходит, поясняется ниже) и от электрического наддува при запуске двигателя.

Далее описывается, что происходит во время каждого шага на PV-диаграмме, в которой сгорание рабочей жидкости - бензина и воздуха (кислорода), а иногда и электричества, изменяет движение поршня:

Реальный цикл с 0 по 1 (идеальный цикл - зеленая линия): Упоминается как фаза впуска , поршень опускается вниз, чтобы увеличить объем в камере, чтобы он мог «впускать» топливно-воздушная смесь.С точки зрения термодинамики это называется изобарным процессом.


Процесс 1 до 2: На этом этапе поршень будет вытянут, чтобы он мог сжимать топливно-воздушную смесь, поступившую в камеру. Сжатие приводит к небольшому увеличению давления и температуры смеси, однако теплообмен не происходит. С точки зрения термодинамики это называется адиабатическим процессом. Когда цикл достигает точки 2, зажигание зажигания происходит при попадании топлива в свечу зажигания.


Процесс 2–3: Это место, где происходит сгорание из-за воспламенения топлива от свечи зажигания. Сгорание газа завершается в точке 3, в результате чего камера с высоким давлением имеет большое количество тепла (тепловой энергии). С точки зрения термодинамики это называется изохорным процессом.

Процесс с 3 по 4: Тепловая энергия в камере в результате сгорания используется для работы с поршнем, который толкает поршень вниз, увеличивая объем камеры.Это также известно как силовой сток , потому что это когда тепловая энергия превращается в движение для питания машины или транспортного средства.


Фиолетовая линия (процессы 4 к 1 и , выпуск , фаза): В процессе 4 к 1 открывается выпускной клапан, и все отработанное тепло выводится из камеры двигателя. Когда тепло покидает газ, молекулы теряют кинетическую энергию, вызывая снижение давления. [5] Затем фаза выпуска (этапы с 0 по 1) происходит, когда оставшаяся смесь в камере сжимается поршнем, чтобы «истощиться» без изменения давления.

для дальнейшего чтения

Список литературы

  1. ↑ Wikimedia Commons [Online], доступно: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/d/dc/4StrokeEngine_Ortho_3D_Small.gif
  2. 2.0 2.1 Р. Вольфсон, Энергетика, окружающая среда и климат. Нью-Йорк: W.W. Нортон и Компания, 2012, с. 106.
  3. ↑ Фактический и идеальный цикл Отто - Ядерная энергетика ", Nuclear Power, 2018. [Online]. Доступно: https://www.nuclear-power.net/nuclear-engineering/thermodynamics/thermodynamic-cycles/otto-cycle-otto -движок / фактические и-идеальный цикл Отто /.[Доступ: 22 июня 2018 года].
  4. ↑ Wikimedia Commons [Online], доступно: https://en.wikipedia.org/wiki/Otto_cycle#/media/File:P-V_Otto_cycle.svg
  5. ↑ I. Dinçer и C. Zamfirescu, Усовершенствованные системы производства электроэнергии. Лондон, Великобритания: Academic Press является отпечатком Elsevier, 2014, с. 266.
,

Анимированных Двигателей - Четырехтактный

Четырехтактный Двигатель

Четырехтактный двигатель был впервые продемонстрирован Николаусом Отто в 1876 ​​ 1 , следовательно, он также известен как Отто цикл . Технически правильный термин - фактически четырехтактный цикл . Четырехтактный двигатель, вероятно, является наиболее распространенным типом двигателя в настоящее время. Он питает практически все легковые и грузовые автомобили.

Четыре такта цикла - это впуск, сжатие, мощность и выхлопные газы.Каждый соответствует одному полному ходу поршня; следовательно, полный цикл требует двух оборотов коленчатого вала, чтобы полный.

Впуск

Во время такта впуска поршень движется вниз, вытягивая свежий заряд испаренной топливно-воздушной смеси. Показанный двигатель имеет тарелка впускной клапан, который открывается вакуумом, создаваемым ход впуска. Некоторые ранние двигатели работали таким образом; тем не менее, большинство современных двигатели имеют дополнительное расположение кулачка / подъемника, как показано на выхлопной клапан.Выпускной клапан закрывается пружиной (не проиллюстрировано здесь).

Сжатие

Когда поршень поднимается, тарельчатый клапан принудительно закрывается давление в цилиндре. Импульс маховика ведет поршень вверх, сжатие топливно-воздушной смеси.

Мощность

В верхней части такта сжатия зажигается свеча зажигания, зажигая сжатое топливо. Когда топливо сгорает, оно расширяется, приводя в движение поршень вниз.

Выхлоп

В нижней части рабочего такта выпускной клапан открывается механизмом кулачка / подъемника.Восходящий ход поршень вытесняет израсходованное топливо из цилиндра.


Система зажигания

Эта анимация также иллюстрирует простую систему зажигания с использованием прерывателя точки, катушка, конденсатор и аккумулятор.

Ряд посетителей написали, чтобы указать на проблему с точки прерывания на моей иллюстрации. В этом стиле зажигания свеча зажигания сработает так же, как размыкаются точки выключателя . Иллюстрация кажется, имеет это задом наперед.

На самом деле иллюстрация верна; он просто движется так быстро трудно увидеть! Вот крупный план фреймов как раз в том месте, где зажигание зажигает:

Моим первоначальным намерением было точно показать, что очки должны оставаться закрыто только на долю секунды, называется dwell. By иллюстрируя это, я случайно скрыл всю работу цепи. Возможно, когда-нибудь я подготовлю более подробную иллюстрацию одна система зажигания.

Большие четырехтактные двигатели обычно включают в себя более одного цилиндра, имеют различные приспособления для распредвала (сдвоенные, накладные и т. д.), иногда функция впрыска топлива, турбокомпрессоры, несколько клапанов и т. д. Эти усовершенствования изменяют основную работу двигателя.


Смотрите также