Рабочий цикл 4 х тактного двигателя: Рабочий цикл четырехтактного и двухтактного двигателей: описание и принцип работы

Рабочие циклы четырехтактных двигателей и показатели их работы

Рабочие циклы четырехтактных двигателей и показатели их работы

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

Если рабочий цикл совершается за два хода поршня, т. е. за один оборот коленчатого вала, то такой двигатель называется двухтактным. В настоящее время двухтактные двигатели на автомобилях не применяют, а используют лишь на мотоциклах и как пусковые двигатели на тракторах. Это связано прежде всего с тем, что они имеют сравнительно высокий расход топлива и недостаточное наполнение горючей смеси из-за плохой очистки цилиндров от отработавших газов.

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

Рекламные предложения на основе ваших интересов:

Дополнительные материалы по теме:

В карбюраторном четырехтактном одноцилиндровом двигателе (рис. 1.3) рабочий цикл происходит следующим образом.

Рис. 1. Рабочий цикл четырехтактного одноцилиндрового карбюраторного двигателя

Такт впуска. Поршень находится в в.м.т. и по мере вращения коленчатого вала (за один его полуоборот) перемещается от в.м.т. к н.м.т. При этом впускной клапан открыт, а выпускной клапан закрыт. При движении поршня вниз объем над ним увеличивается, поэтому в цилиндре создается разряжение, равное 0,07—0,095 МПа, в результате чего свежий заряд горючей смеси, состоящей из паров бензина и воздуха, засасывается через впускной трубопровод в цилиндр.

От соприкосновения свежего заряда с нагретыми деталями в конце такта впуска он имеет температуру 75—125 °С.

Степень заполнения цилиндра свежим зарядом характеризуется коэффициентом наполнения, который для высокооборотных карбюраторных двигателей находится в пределах 0,65—0,75.

Чем выше коэффициент наполнения, тем большую мощность развивает двигатель.

Такт сжатия. После заполнения цилиндра горючей смесью при дальнейшем вращении коленчатого вала поршень перемещается от н.м.т. к в.м.т. Впускной клапан 4 закрывается, а выпускной 6 закрыт. По мере сжатия горючей смеси температура и давление ее повышаются. В зависимости от степени сжатия давление в конце такта сжатия может составлять 0,8—1,5 МПа, а температура газов 300— 450 °С.

Такт расширения, или рабочий ход. В конце такта сжатия горючая смесь воспламеняется от электрической искры, возникающей между электродами свечи, и быстро сгорает, в результате чего температура и давление образующихся газов резко возрастают, поршень при этом перемещается от в.м.т. к н.м.т. Максимальное давление газов на поршень при сгорании для карбюраторных двигателей находится в пределах 3,5—5 МПа, а температура газов 2100—2400 °С.

При такте расширения шарнирно связанный с поршнем шатун совершает сложное движение и через кривошип передает вращение коленчатому валу. При расширении газы совершают полезную работу, поэтому ход поршня при этом такте коленчатого вала называют рабочим ходом. В конце рабочего хода поршня давление в цилиндре снижается до 0,3—0,75 МПа, а температура — до 900—1200 °С.

Такт выпуска. Коленчатый вал через шатун перемещает поршень от н.м.т. к в.м.т. При этом выпускной клапан открыт и продукты сгорания выталкиваются из цилиндра в атмосферу через выпускной трубопровод. В начале процесса выпуска продуктов сгорания давление в цилиндре значительно выше атмосферного, но к концу такта оно падает до 0,105—0,120 МПа, а температура газов в начале такта выпуска составляет 750— 900 °С, понижаясь к его концу до 500—600 °С. Полностью очистить цилиндры двигателя от продуктов сгорания практически невозможно (слишком мало времени), поэтому при последующем впуске свежей горючей смеси она перемешивается 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 современных карбюраторных двигателей коэффициент остаточных газов находится в пределах 0,06—0,12.

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

Рабочие циклы четырехтактного 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 мелкораспыленное топливо, которое под действием высокой температуры воздуха самовоспламеняется.

В четырехтактном дизеле рабочие процессы происходят следующим образом.

Такт впуска. При движении поршня от в.м.т. к н.м.т. вследствие образующегося разряжения из воздухоочистителя в полость цилиндра через открытый впускной клапан 5 поступает атмосферный воздух. Давление воздуха в цилиндре составляет 0,08—0,95 МПа, а температура 40—60 °С.

Такт сжатия. Поршень движется от н.м.т. к в.м.т. Впускной 5 и выпускной 6 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. Из-за высокой степени сжатия температура воздуха достигает 550—700 °С при давлении воздуха внутри цилиндра 4,0—5,0 МПа.

Такт расширения, или рабочий ход. При подходе поршня к в.м.т. в цилиндр через форсунку впрыскивается дизельное топливо, подаваемое топливным насосом. Впрыснутое топливо, перемешиваясь с нагретым воздухом, самовоспламеняется и начинается процесс сгорания, характеризующийся быстрым повышением температуры и давления. При этом максимальное давление газов достигает 6—9 МПа, а температура 1800-2000 °С. Под действием давления газов поршень перемещается от в.м.т. к н.м.т. Происходит рабочий ход. Около н.м.т. давление снижается до 0,3—0,5 МПа, а температура—до 700—900 °С.

Такт выпуска. Поршень перемещается от н.м.т. к в.м.т. и через открытый выпускной клапан 6 отработавшие газы выталкиваются из цилиндра. Давление газа снижается до 0,11—0,12 МПа, а температура — до 500—700 °С. После окончания такта выпуска при дальнейшем вращении коленчатого вала рабочий цикл повторяется в той же последовательности.

Показатели работы двигателя. Работа, совершаемая газами в единицу времени внутри цилиндра двигателя, называется индикаторной мощностью.

Рис. 2. Рабочий цикл четырехтактного дизеля

Мощность, получаемая на коленчатом валу двигателя, называется эффективной мощностью. Она меньше индикаторной на значение мощности, затрачиваемой на насосные потери и на трение в криво-шипно-шатунном и газораспределительном механизмах двигателя, а также на приведение в действие вентилятора, жидкостного насоса и других вспомогательных устройств.

Таким образом, эффективная мощность меньше, чем индикаторная мощность, из-за механических потерь, расходуемых в механизмах и системах двигателя.

На основании этого механическим к.п.д. (коэффициентом полезного действия) двигателя называют отношение эффективной мощности к индикаторной.

Механический к.п.д. карбюраторных двигателей составляет 0,70— 0,85, а дизелей — 0,73—0,87.

Мощностные показатели двигателя в значительной мере определяются количеством теплоты, превращенным в полезную работу. Степень использования теплоты, введенной в двигатель с топливом, оценивают эффективным к.п.д., который представляет собой отношение количества теплоты Qe, превращенной в эффективную работу, к количеству теплоты Qt, выделившейся в результате сгорания

Рис. 3. Схемы компоновки цилиндров двигателей

—

Дизель. Рассмотрим процесс протекания каждого такта в цилиндре дизеля (рис. 7).

Первый такт — впуск. Цилиндр заполняется воздухом, кислород которого обеспечивает сгорание топлива. Чем больше воздуха поступает в цилиндр, тем большее количество топлива можно сжечь в нем и тем выше будет давление газов на поршень при рабочем ходе (увеличивается мощность).

Во время впуска поршень движется вниз, впускной клапан открыт, а выпускной закрыт. Воздух, поступающий в цилиндр, нагревается при смешивании с горячими остаточными газами и от нагретых деталей работающего дизеля.

К концу первого такта температура воздуха достигает 40… 60 °С, и его плотность уменьшается. Кроме того, при движении он встречает сопротивление во впускных каналах дизеля. По этим причинам давление в цилиндре оказывается ниже атмосферного (0,08… 0,09 МПа).

Второй такт — сжатие. Поршень перемещается вверх, оба клапана закрыты. Под действием поршня воздух сжимается в 15…17 раз (степень сжатия е=15… 17) и при этом нагревается. Давление в конце сжатия доходит до 3…4 МПа, а температура — до 550…600 °С, что значительно превышает температуру самовоспламенения топлива.

Рис. 4. Схема рабочего цикла одноцилиндрового четырехтактного дизеля: 1 — форсунка; 2 — топливный насос.

Третий такт — расширение. Перед самым окончанием такта сжатия, когда поршень почти дошел до в. м.т., в цилиндр через форсунку впрыскивается порция топлива. Большая часть его сразу же воспламеняется и сгорает. Температура газов повышается до 2000…2100 °С, а давление — до 5,5…8,0 МПа. Под таким давлением расширяющихся газов поршень перемещается вниз и через шатун проворачивает коленчатый вал. В процессе расширения сгорает остальная часть впрыснутого топлива. По мере перемещения поршня давление газов в цилиндре падает, а температура уменьшается. К концу третьего такта давление снижается до 0,2…0,3 МПа, а температура — до 600…650 °С.

Четвертый такт — выпуск. Впускной клапан закрыт, а выпускной открыт. Из цилиндра выталкиваются отработавшие газы. Давление оставшихся газов падает до 0,11…0,12 МПа. Температура отработавших газов в месте выхода из цилиндра составляет 400…500 °С.

Далее рабочий цикл повторяется.

Карбюраторный двигатель. Подобным образом рассмотрим рабочий цикл четырехтактного карбюраторного двигателя.

Такт впуска. Выпускной клапан закрыт, а впускной открыт. При движении поршня от в. м. т. вниз цилиндр заполняется смесью топлива с воздухом. Такая смесь приготовляется в специальном приборе — карбюраторе и называется горючей смесью. Поступая в цилиндр, она перемешивается с остаточными газами, в результате чего образуется рабочая смесь.

Давление рабочей смеси в цилиндре при такте впуска из-за сопротивления в карбюраторе ниже, чем в цилиндре дизеля, и составляет 0,07…0,08 МПа. Температура рабочей смеси повышается 60…120 °С в основном за счет высокой температуры остаточных газов.

Такт сжатия. При этом такте, как и в дизеле, рабочая смесь, сжимаясь, нагревается. С увеличением степени сжатия растет давление и температура смеси, а также скорость ее сгорания. В результате повышается экономичность и мощность двигателя. Но при повышенной температуре возникает опасность преждевременного воспламенения (самовоспламенения) смеси. Чтобы избежать этого, рабочую смесь сжимают незначительно (е=4…8). Давление в цилиндре в конце такта сжатия — 0,9…1,2 МПа, а температура не превышает температуры самовоспламенения, доходя лишь до 330 °С.

Такт расширения. Перед окончанием такта сжатия между электродами искровой свечи зажигания проскакивает электрический заряд. Искра воспламеняет рабочую смесь. Температура горящих газов доходит до 2500 °С, а давление повышается до 3,0…4,5 МПа. Под действием силы давления газов поршень перемещается вниз. К концу . третьего такта давление снижается до 0,3…0,4 МПа, а температура — до 900…1200 °С.

Такт выпуска происходит так же, как в дизеле, но при несколько более высокой температуре газов.

Сравнительная оценка дизеля и карбюраторного двигателя.

По сравнению с карбюраторным (бензиновым) двигателем дизель имеет следующие преимущества:
— дизель экономичнее: на единицу выполненной работы вследствие высокой степени сжатия он расходует на 25% меньше топлива;
— топливо, на котором работает дизель, менее опасно в пожарном отношении и оказывает меньшее коррозионное действие на детали, чем бензин.

Недостатки дизеля:
— из-за высокого давления газов в цилиндрах, корпус и другие детали, работающие со значительными нагрузками, тяжелее и имеют большие размеры;
— для пуска дизеля требуется более мощный стартер или специальный карбюраторный пусковой двигатель;
— дизель работает со значительным избытком воздуха, поэтому размеры цилиндров и других деталей и сборочных единиц увеличены.

«Рабочий цикл 4-х тактного бензинового двигателя»

Цель: Познакомить учащихся с рабочим циклом четырехтактного бензинового двигателя.

1. Образовательная: познакомить учащихся с рабочим циклом четырехтактного бензинового двигателя.

2. Воспитательная: воспитание у учащихся сознательного отношения к правильной эксплуатации узлов и агрегатов двигателя автомобиля.

3. Развивающая: формировать навыки самостоятельной творческой работы с узлами и агрегатами автомобиля.

Структурная часть	Деятельность преподавателя	Деятельность учащихся	Цели
1. Организационный момент – 1 мин.	Приветствует учащихся, отмечает в журнале отсутствующих.	Учащиеся приветствуют преподавателя, командир помогает преподавателю отметить отсутствующих.	Подготовка учащихся к работе на занятии, включение учащихся в деловой ритм.
2. Актуализация опорных знаний через опрос учащихся – 4 мин.	« Ребята, скажите, пожалуйста: как работает двигатель внутреннего сгорания?»	Учащиеся отвечают на заданные преподавателем вопросы.	Выяснение степени ознакомления с устройством автомобиля.
3. Мотивация учебной деятельности – 1 мин.	Итак, ребята, мы с вами вспомнили, как работает двигатель внутреннего сгорания. А сегодня рассмотрим рабочий цикл четырехтактного бензинового двигателя.	Учащиеся внимательно слушают преподавателя.	Организация внимания учащихся, обеспечение восприятия нового материала.
4. Изучение нового материала – 25 мин.	Итак, тема нашего занятия: «Рабочий цикл четырехтактного бензинового двигателя». Цель, которая будет стоять перед нами — разобраться, из чего состоит рабочий цикл четырехтактного бензинового двигателя? Я надеюсь, что ответ на этот вопрос вы найдете в течение нашего занятия. «Ребята, как вы думаете, что такое рабочий цикл четырехтактного бензинового двигателя?» Рабочий цикл четырёхтактного бензинового двигателя состоит из тактов впуска, сжатия, расширения, и выпуска (рис. 4.1). Такт впуска. При такте впуска поршень в цилиндре перемещается от в.м.т. до н.м.т. Коленчатый вал поворачивается под действием стартера (если производится запуск двигателя) или по инерции от маховика и/или крутящего момента, создаваемого поршнями других цилиндров (если двигатель работает). Впускные клапаны при такте впуска открыты, выпускные закрыты. За счёт разрежения, создаваемого движущимся поршнем, топливно-воздушная смесь из впускного трубопровода через открытые впускные клапаны поступает в цилиндр. Разрежение в цилиндре на такте впуска может достигать 0,07 МПа. Разряжение в 0,07 МПа является существенной величиной и определяет чувствительность двигателя к негерметичности соединений, через которые в цилиндр поступает «лишний» воздух. «Лишний» воздух обедняет рабочую смесь, что приводит к неустойчивой работе двигателя, особенно на режиме холостого хода. Температура в цилиндре к концу такта впуска опускается до 130 – 100°С. Клапаны, стенки камеры сгорания и стенки цилиндров, поршни и другие детали ЦПГ охлаждаются новой порцией смеси, заполняющей цилиндр. Пройдя нижнюю мёртвую точку, поршень начинает движение к верхней мёртвой точке при такте сжатия. Такт сжатия. Поршень движется к в.м.т., но сжатие смеси начинается не тогда когда поршень начинает движение «вверх» а спустя некоторое время после этого, когда закроется впускной клапан. Время открытия и закрытия как впускных, так и выпускных клапанов, как правило, не совпадает с моментом прихода поршня в мёртвую точку. Открытие клапанов происходит раньше этого момента, а закрытие позже, что необходимо для более полного наполнения цилиндров свежей порцией горючей смеси и для лучшей очистки цилиндров от отработавших газов. Время открытия и закрытия клапанов удобно выражать в углах поворота коленчатого вала, так как угол поворота проще измерить и проконтролировать. В этом случае говорят об углах опережения открытия и углах запаздывания закрытия клапанов относительно мёртвых точек. При сжатии рабочей смеси в цилиндре растёт давление и температура, которые достигают максимума  при приближении поршня к в.м.т. (8 –14 кгс/см2 и 400 — 500°С, соответственно). В конце такта сжатия (поршень не доходит до в.м.т. на 1 — 30° по углу поворота КВ) смесь в цилиндре воспламеняется от электрической искры и сгорает. Температура горения топливной смеси бензиновых двигателей может достигать 2800°С. Под воздействием температуры давление газов в цилиндре возрастает до 30 – 70 кгс/см2 и поршень начинает движение к н.м.т., совершая полезную работу, т.е. через шатун вращает коленчатый вал двигателя. Воспламенение (зажигание) рабочей смеси в камере сгорания происходит раньше прихода поршня в в. м.т. Такое зажигание называетсяранним зажиганием. Физический смысл необходимости «раннего» воспламенения смеси упрощённо сводится к следующему: Топливо необходимо сжечь к моменту прихода поршня в верхнюю мёртвую точку, для того чтобы максимальное давление газов начало действовать на поршень с началом его движения к н.м.т. В этом случае мощность двигателя будет наибольшей, а расход топлива оптимальным. Если смесь сгорает до прихода поршня в в.м.т., зажигание слишком раннее, если смесь горит при движении поршня к н.м.т. – зажигание позднее (на самом деле процесс горения смеси продолжается некоторое время при такте рабочего хода). Как при чрезмерно раннем, так и позднем зажигании, рабочие характеристики двигателя ухудшаются. Так как с увеличением оборотов коленчатого вала двигателя поршень движется быстрее, то и зажигание должно быть более ранним. Время воспламенения топливной смеси (также как и время открытия – закрытия клапанов) выражается в углах поворота коленчатого вала относительно в. м.т. и называется углом опережения зажигания. В зависимости от оборотов КВ угол опережения зажигания современных двигателей меняется в пределах от 0 до 30 и, иногда более градусов. Угол опережения зажигания, устанавливаемый для оборотов «холостого хода», называется начальным углом опережения зажигания. Такт расширения. Пройдя верхнюю мёртвую точку, поршень движется к н.м.т. под давлением расширяющихся газов. Процесс сгорания смеси начинается до прихода поршня в в.м.т. в конце предыдущего такта и длится 40 — 60° в углах поворота КВ. Впускные и выпускные клапаны закрыты, но за 45 — 60° до прихода поршня в н.м.т. начинает открываться выпускной клапан. С открытием выпускных клапанов давление в цилиндре быстро снижается до 5 – 3кгс/см2, температура к концу такта опускается до 1300 — 900°С. К моменту перехода поршнем нижней мёртвой точки выпускной клапан будет полностью открыт, а цилиндр «готов» к очистке от отработавших газов. Такт выпуска. Двигающийся к верхней мёртвой точке поршень, через выпускные клапаны, вытесняет отработавшие газы в систему выпуска двигателя. Вследствие сопротивления выпускной системы и ряда других факторов, часть отработавших газов остаётся в цилиндре и участвует при последующем такте впуска в смесеобразовании, часть газов на впуске искусственно возвращается в цилиндр (рециркулируется), с целью снижения содержания в отработавших газах окислов азота. Давление в конце такта выпуска немногим больше атмосферного, температура опускается до 400 — 300°С. За 9 — 40° до прихода поршня в в.м.т. открывается впускной клапан. Выпускной клапан при этом продолжает быть открытым вплоть до начала очередного такта впуска, и некоторое время спустя, после того как поршень начнёт движение «вниз». Угол поворота кривошипа коленчатого вала, при котором впускной и выпускной клапаны одновременно приоткрыты, называется углом перекрытия клапанов.  Моменты открытия и закрытия клапанов, выраженные в углах поворота коленчатого вала относительно мёртвых точек, называют фазами газораспределения.  Фазы газораспределения «среднестатистического» бензинового двигателя, в виде круговой диаграммы, показаны на рис. 4.2. При дальнейшем вращении КВ, рассмотренные нами такты будут чередоваться в той же последовательности. Как мы видим, протекание того или иного такта в цилиндре двигателя зависит от положения клапанов (открыты или закрыты) и направления движения поршня. Например, такт впуска возможен, если поршень движется вниз, впускные клапаны открыты, а выпускные закрыты. За своевременное открытие – закрытие клапанов «отвечает» распределительный вал, за направление движения поршней – коленчатый вал. Для обеспечения рабочего цикла двигателя работа кривошипно-шатунного и газораспределительного механизмов должна быть синхронизирована. «Синхронизация» обеспечивается установкой коленчатого и распределительного валов в «стартовую позицию» по специальным меткам, выбитым на шкивах валов и корпусных деталях двигателя и получившим название — «метки фаз газораспределения». Если метки фаз газораспределения, по каким либо причинам не совпадают (например, при сборке двигателя механик не обеспечил правильную установку валов) двигатель будет работать неустойчиво или попросту не заведётся. В худшем случае может произойти поломка двигателя из-за «встречи» (столкновения) клапана и поршня. Типовое расположение меток на шкивах коленчатых и распределительных валов показано на рис. 4.3.	Учащиеся записывают название темы занятия. Учащиеся отвечают на поставленный преподавателем вопрос. Учащиеся самостоятельно работают с наглядным пособием, слушают объяснения преподавателя и записывают в тетради рабочий цикл четырехтактного бензинового двигателя. Учащиеся записывают в тетради изменения, происходящие в цилиндре при такте впуска. Учащиеся записывают в тетради изменения, происходящие в цилиндре при такте сжатия. Учащиеся записывают в тетради изменения, происходящие в цилиндре при такте расширения. Учащиеся записывают в тетради изменения, происходящие в цилиндре при такте выпуска. Учащиеся самостоятельно работают с наглядным пособием, слушают объяснения преподавателя и записывают в тетради «Диаграмму фаз газораспределения четырехтактного двигателя». Учащиеся самостоятельно работают с наглядным пособием, слушают объяснения преподавателя и записывают в тетради «Типовое расположение меток на шкивах коленчатых и распределительных валов».	Преподаватель сообщает тему урока и нацеливает учащихся на изучение нового материала. Изучение нового материала начинается с вопроса: «Что такое рабочий цикл четырехтактного бензинового двигателя?» Преподаватель обращает внимание на изменения, происходящие в цилиндре при такте впуска. Преподаватель обращает внимание на изменения, происходящие в цилиндре при такте сжатия. Преподаватель обращает внимание на изменения, происходящие в цилиндре при такте расширения. Преподаватель обращает внимание на изменения, происходящие в цилиндре при такте выпуска. Применяется объяснительно-иллюстрированный метод, используются наглядное пособие «Диаграмма фаз газораспределения четырехтактного двигателя» Применяется объяснительно-иллюстрированный метод, используются наглядное пособие «Типовое расположение меток на шкивах коленчатых и распределительных валов».
5.Закрепление изучаемого материала – 8 мин.	Итак, давайте закрепим материал нашей темы. Я предлагаю вам обратиться к записям в своих тетрадях с целью повторения материала. Ну, а теперь ответьте на вопрос: «Что такое рабочий цикл четырехтактного бензинового двигателя?»	Учащиеся работают со своими тетрадями. Предполагаемый ответ: Рабочий цикл четырёхтактного бензинового двигателя состоит из тактов впуска, сжатия, расширения, выпуска.	Самостоятельная работа с тетрадями. Используется метод контроля (письменная проверка знаний).
6.Обобщение и систематизация изучаемого материала – 2 мин.	Предлагаю рассказать, что нового учащиеся узнали на уроке.	Слушают вопросы, отвечают, делают выводы по изученному материалу.
7.Подведение итогов занятия и оценка деятельности учащихся – 3 мин.	Вначале занятия перед вами был поставлен вопрос: «Из чего состоит рабочий цикл четырехтактного бензинового двигателя?» Я надеюсь, что вы уже сможете ответить на этот вопрос. Итак, Какова цель нашего занятия? Достигли ли мы ее? Что нового вы сегодня узнали? Вам понравилось занятие? Преподаватель делает выводы по результатам занятия, анализирует работу учащихся. Знакомит с оценками за работу на уроке.	Каждый учащийся высказывает свое мнение по данному вопросу. Учащиеся отвечают на поставленные преподавателем вопросы. Учащиеся слушают, анализируют, делают выводы.	Рефлексия
8.Сообщение домашнего задания – 1 мин.	К следующему уроку, знать какие функции выполняют узлы и механизмы трансмиссии и коробки передач автомобиля?	Учащиеся записывают домашнее задание.	Информация домашнего задания, инструкция по его выполнению.

Как работает 4-тактный двигатель?

Как работает 4-тактный двигатель

Введение

Как работает 4-тактный двигатель :- Четырехтактный двигатель относится к двигателю внутреннего сгорания, в котором используется 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)

Впуск требуется 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.

Как только 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.

Событие воспламенения

Событие воспламенения также называется событием возгорания, которое происходит, когда заряд воспламеняется и быстро окисляется с помощью химической реакции, направленной на выделение тепловой энергии. Горение относится к быстрой окислительной реакции, которая химически соединяется с топливом в присутствии кислорода в атмосфере и, в свою очередь, высвобождает энергию в виде тепла.

Событие горения включает конечное время, необходимое для распространения пламени в камере сгорания. Искра инициируется с помощью свечи зажигания на 20° перед вращением коленчатого вала.

Источник изображения :- 123rf

различных ударов – Obsidian Motorsport Group

самое время.

10.11.2014

Концепция времени — это то, о чем люди писали с незапамятных времен (извините, я знаю, что это неудобно читать). Тем не менее, время в отношении систем управления двигателем и впрыска топлива — это не то, о чем люди действительно думают слишком много. Я подумал, что было бы неплохо рассказать, насколько важно время для впрыска топлива и управления двигателем (в этой статье мы в основном сосредоточимся на времени впрыска топлива).0009

Возгорание происходит довольно быстро, даже с, возможно, скучными двигателями, вроде того, что в мамином минивэне. Смысл и цель этой статьи — показать вам, как быстро происходят эти события и почему это важно для вас и вашего выбора инъектора.

Основы портовых топливных форсунок довольно просты:

– (часть 1) У вас есть форсунка, которая подает заданное количество топлива в минуту. (Большинство знает, что это фунты в час или см3 в минуту).

– (часть 2) Форсунка может течь в течение всего цикла двигателя, состоящего из двух оборотов коленчатого вала. (Помните, что 4-тактному двигателю требуется два полных оборота для завершения рабочего цикла). Если форсунка открыта в течение всего этого времени, это представляется как 100% рабочего цикла форсунки (или 100% IDC).

100% IDC следует избегать любой ценой. Плохие вещи могут случиться с форсункой при IDC выше 95%. Безопасное место для завершения
составляет около 85% макс.

– (часть 3) Расчет времени цикла двигателя очень прост.

Часть 1:
Если вы купите комплект форсунок у кого-нибудь (но будем честными, вам действительно следует купить форсунки у ID www.injectordynamics.com *конец бессовестной заглушки*), они будут поставляться с номинальным расходом, 1000 см3/мин, 500 фунтов/час и т. д. Это означает, что инжектор 1000 см3/мин может подавать 1000 кубических сантиметров топлива за одну минуту. Приятным моментом здесь является то, что почти все форсунки имеют линейную зависимость потока более 2 миллисекунд времени включения. Возьмем пример:

У вас есть форсунка, которая пропускает 60 фунтов топлива в час (630 см3 в минуту для вас, метрические люди). Если вы разделите 60 фунтов топлива в час на 60 минут, вы получите 1 фунт топлива в минуту.

Если вы знаете, что вам нужно 0,6 фунта топлива в минуту для достижения определенного соотношения воздух-топливо при определенных оборотах (скажем, 8000). вы можете легко вывести из этого, что вам придется работать с рабочим циклом 60%, чтобы пропускать 0,6 фунта топлива в минуту.

Побочное примечание: есть очень приятные уравнения для определения расхода воздуха на основе некоторых стандартов и некоторых значений, таких как рабочий объем, VE, тип топлива и некоторые другие. Если желающих будет достаточно, я пройдусь по всему процессу. Красиво, но долго! Фактически вы можете рассчитать необходимое количество топлива в минуту, указанное выше (0,6 фунта топлива в минуту).

Часть 2:
Цикл 4-тактного двигателя — это именно 4 отдельных события, которые должны произойти в последовательном порядке, чтобы завершить один цикл двигателя.

Такт впуска (поршень движется вниз)
Такт сжатия (поршень движется обратно вверх)
Рабочий ход (поршень возвращается вниз после взрыва)
Такт выпуска (поршень движется обратно вверх, чтобы выпустить выхлопные газы) газы).

На автомобилях с впрыском топлива через впускной клапан топливная форсунка находится за впускным клапаном, и поэтому количество топлива, поступающего в двигатель, действительно в конечном счете контролируется положением впускного клапана. Топливная форсунка может оставаться открытой в течение всего цикла двигателя (все 4 такта), и топливо будет поступать в цилиндр для воспламенения только при открытом впускном клапане. Если он горит на протяжении всего цикла двигателя, это соответствует 100% рабочему циклу форсунки.

Примечание: Непосредственный впрыск теперь есть в ряде автомобилей, и этот принцип совершенно другой, так как сопло форсунки находится НЕПОСРЕДСТВЕННО (видите, что я там сделал?) в камере сгорания. Максимальный рабочий цикл, с которым они могут работать, составляет около 50%. Прямой впрыск довольно удобен, если учесть ограничения рабочего цикла, диапазоны давления топлива 400-3000 фунтов на квадратный дюйм и тот факт, что OE ECU контролируют несколько впрысков за цикл в зависимости от нагрузки и оборотов двигателя, дико.

Часть 3:
Итак, в части 1 мы узнали, что у нас есть воображаемый двигатель, которому требуется 0,6 фунта топлива в минуту для достижения определенного соотношения воздух-топливо (или AFR) при 8000 об/мин, и что для этого потребуется 60% рабочий цикл форсунки для этого основан на использовании форсунки на 60 фунтов в минуту.

На самом деле это ничего не значит, если только вы не можете сказать топливной форсунке, как долго она должна оставаться включенной. 60% IDC на самом деле не имеет большого значения для ECU. В некоторых случаях это происходит, но не с форсунками. Итак, давайте разберемся, сколько времени точно означает 60% IDC, а точнее, сколько времени точно инжектор должен быть открыт.

Допустим, наш двигатель работает на 8000 об/мин. Мы хотим выяснить, сколько времени занимает один цикл двигателя (4 такта).

Сначала нам нужно взять частоту вращения двигателя и разделить ее на 2, чтобы получить количество циклов. 2 здесь, потому что для одного цикла двигателя требуется 2 оборота.

8000/2 = 4000 циклов двигателя в минуту.

Затем мы хотим выяснить количество циклов в секунду. Итак, мы разделим циклы в минуту на 60 секунд, чтобы узнать количество циклов в секунду.

4000/60 = 66,66 циклов в секунду. (довольно дико, если подумать, правда?)

Затем мы хотим вычислить время, необходимое для каждого цикла двигателя. Таким образом, мы можем просто разделить 1 на количество циклов в секунду.

1 / 66,66 = 0,015 секунды на цикл. Это соответствует 15 миллисекундам за цикл.

Итак, теперь мы знаем, сколько времени занимает каждый цикл при 8000 об/мин. Таким образом, мы знаем из вышеизложенного, что нашему воображаемому двигателю требуется 0,6 фунта/мин топлива для достижения целевого значения AFR при 8000 об/мин, и мы знаем, что потребуется 60% рабочего цикла, чтобы подавать 0,6 фунта/мин с топливной форсункой на 60 фунтов/час.