Порядок работы двс

Порядок работы цилиндров двигателя: просто о сложном

Порядок работы цилиндров, именно так называется последовательность чередования тактов в разных цилиндрах двигателя. Порядок работы цилиндров напрямую зависит от типа расположения цилиндров: рядное или V-образное. Кроме того, на порядок работы цилиндров двигателя влияет расположение шатунных шеек коленвала и кулачков распредвала.

Что происходит в цилиндрах

Происходящее внутри цилиндра действо по научному называется рабочим циклом. Он состоит из фаз газораспределения.

Фаза газораспределения – момент начала открытия и конца закрытия клапанов в градусах поворота коленвала относительно мертвых точек: ВМТ и НМТ (соответственно, верхняя и нижняя мёртвые точки).

В течение одного рабочего цикла в цилиндре происходит одно воспламенение воздушно-топливной смеси. Интервал между воспламенениями в цилиндре прямым образом воздействует на равномерность работы двигателя. Чем меньше интервал воспламенения, тем равномернее работа двигателя.

И этот цикл напрямую связан с количеством цилиндров. Большее количество цилиндров – меньший интервал воспламенения.

Итак, с теоретическим положением о влиянии интервала воспламенения на равномерность работы, мы познакомились. Рассмотрим традиционный порядок работы цилиндров в двигателях с разной схемой расположения цилиндров.

порядок работы 4 цилиндрового двигателя со смещением шеек коленвала 180° (интервал между воспламенениями) : 1-3-4-2 или 1-2-4-3;
порядок работы 6 цилиндрового двигателя (рядного) с интервалом между воспламенениями 120°: 1-5-3-6-2-4;
порядок работы 8 цилиндрового двигателя (V-образный) с интервалом между воспламенениями 90°: 1-5-4-8-6-3-7-2

Во всех схемах производителей двигателей. Порядок работы цилиндров всегда начинается с главного цилиндра №1.

Знание порядка работы цилиндров двигателя вашего автомобиля, без сомнения, несомненно, будут вам полезны для того, чтобы контролировать порядок зажигания при выполнении определенных ремонтных работ при регулировке зажигания или ремонте головки блока цилиндров. Или, например, для установки (замены) высоковольтных проводов, и подключении их к свечам и трамблёру.

Удачи вам при использовании знаний о порядке работы цилиндров.

carnovato.ru

Тема 11:"Рабочие циклы двигателей" - Автомеханик. Персональный сайт преподавателя Добровольского Е.И.

Тема 11:"Рабочие циклы двигателей"

Подробности Автор: Добровольский Е.И.

Опубликовано: 31 Август 2013

Определение рабочего цикла

Поступление горючей смеси в цилиндр, ее сжатие, расширение при сгорании и выпуск отработавших газов из цилиндра, т. е. совокупность всех процессов, происходящих в цилиндре при работе двигателя, называется рабочим циклом.

Полный рабочий цикл каждого цилиндра двигателя может совершаться за четыре хода поршня, т. е. за два оборота коленчатого вала, и за два хода поршня, т. е. за один оборот коленчатого вала.

Двигатели, работающие по первому циклу, называются четырехтактными, а работающие по второму циклу — двухтактными.

Мощность двухтактного двигателя при одинаковых размерах цилиндра и частоте вращения вала теоретически в два раза больше четырехтактного за счет большего числа рабочих циклов. Однако неполное использование хода поршня для расширения, худшее освобождение цилиндра от остаточных газов и затраты части вырабатываемой мощности на продувку приводят практически к увеличению мощности только на 60...70%.

Рабочий цикл карбюраторного двигателя

Рабочий цикл четырехтактного карбюраторного двигателя начинается с такта впуска и происходит следующим образом.

Такт впуска (рис. 1): коленчатый вал двигателя делает первый полуоборот и поршень движется от В. М. Т. к Н. М. Т. При этом впускной клапан открыт, а выпускной закрыт. Вследствие разрежения, создаваемого при движении поршня, в цилиндр засасывается горючая смесь. По достижении поршнем Н. М. Т. впускной клапан закрывается.

Рис.1. Такт впуска

Такт сжатия (рис. 2): коленчатый вал двигателя делает второй полуоборот и поршень от Н. М. Т. движется к В. М. Т. Оба клапана закрыты, рабочая смесь сжимается поршнем. (Рабочей смесью называют смесь, образующуюся в цилиндре двигателя при смешивании поступающей в него при такте впуска горючей смеси с остаточными газами (сгоревшими газами, оставшимися от предыдущего цикла). По достижении поршнем В. М. Т. в конце такта сжатия рабочая смесь воспламеняется электрической искрой.

Рис.2. Такт сжатия

Такт расширения — рабочий ход (рис. 3): поршень под давлением газов, образующихся при сгорании рабочей смеси, движется от В.М.Т. к Н.М.Т. Коленчатый вал двигателя делает третий полуоборот. Оба клапана закрыты.

Рис.3. Такт расширения — рабочий ход

Такт выпуска (рис. 4): коленчатый вал двигателя делает четвертый полуоборот. Выпускной клапан открыт, а впускной закрыт. Поршень перемещается от Н.М.Т. к В.М.Т. и выталкивает отработавшие газы.

Рис.4. Такт выпуска

В четырехтактном одноцилиндровом двигателе коленчатый вал вращается под действием давления расширяющихся газов только при рабочем ходе. Для совершения вспомогательных тактов (впуска, сжатия и выпуска), а также для повышения равномерности вращения коленчатого вала на его конце устанавливается маховик, представляющий собой чугунный диск, который вращается по инерции после рабочего хода двигателя.

Рабочий цикл четырехтактного дизеля

Рабочий цикл четырехтактного дизеля происходит в той же последовательности, что и у карбюраторного двигателя. Отличие работы дизеля состоит в следующем.

При такте впуска (рис. 5, а) в цилиндр двигателя засасывается из впускного трубопровода очищенный от пыли воздух, а не горючая смесь, как это было в карбюраторном двигателе.

Рис.5. Рабочий цикл дизеля

При такте сжатия (рис. 5,б) происходит сжатие поступившего в цилиндр воздуха. В конце такта сжатия давление в цилиндре возрастает до 40—42 кГ/см2, а температура воздуха повышается до 740—800° С. В этот момент в цилиндр через форсунку при помощи топливного насоса под давлением 150 кГ/см2 впрыскивается распыленное дизельное топливо.

При такте расширения (рис. 5, б) вследствие высокой температуры сжатого воздуха топливо воспламеняется и быстро сгорает. При этом давление в цилиндре резко возрастает и достигает в конце сгорания 74—80 кГ/см2. Повышенным давлением газов поршень перемещается к н. м. т., т. е. происходит рабочий ход.

При такте выпуска (рис. 5, г) отработавшие газы выталкиваются из цилиндра через открывшийся выпускной клапан.

При дальнейшем вращении коленчатого вала рабочий цикл повторяется в той же последовательности.

Рабочий цикл двухтактного двигателя

Двигатель (рис.6) состоит из картера, в который на подшипниках с двух сторон установлен коленчатый вал и цилиндра. Внутри цилиндра движется поршень - металлический стакан, опоясанный пружинящими кольцами (поршневые кольца), вложенными в канавки на поршне. Поршневые кольца не пропускают газов, образующихся при сгорании топлива, в промежутке между поршнем и стенками цилиндра. Поршень снабжен металлическим стержнем - пальцем, он соединяет поршень с шатуном. Шатун передаёт прямолинейное возвратно-поступательное движение поршня во вращательное движение коленчатого вала. Далее уже, в частности на мотороллере, вращательное движение передается на вариатор.

Рис.6. Двухтактный двигатель

Смазка всех трущихся поверхностей и подшипников внутри двухтактных двигателей происходит с помощью топливной смеси, в которое подмешано необходимое количество масла. Из рисунка 1 видно, что топливная смесь (желтый цвет) попадает и в кривошипную камеру двигателя (это та полость, где закреплен и вращается коленчатый вал), и в цилиндр. Смазки там нигде нет, а если бы и была, то смылась топливной смесью. Вот по этой причине масло и добавляют в определенной пропорции к бензину. Тип масла используется специальный, именно для двухтактных двигателей. Оно должно выдерживать высокие температуры и сгорая вместе с топливом оставлять минимум зольных отложений.

Принцип работы

Весь рабочий цикл в двигателе осуществляется за два такта.

1. Такт сжатия. Поршень перемещается от нижней мертвой точки поршня (в этом положении поршень находится на рис. 7), к верхней мертвой точке поршня (положение поршня на рис.8), перекрывая сначала продувочное 2, а затем выпускное 3 окна. После закрытия поршнем выпускного окна в цилиндре начинается сжатие ранее поступившей в него горючей смеси. Одновременно в кривошипной камере 1 вследствие ее герметичности и после того как поршень перекрывает продувочные окна 2, под поршнем создается разряжение, под действием которого из карбюратора через впускное окно и открывающийся клапан поступает горючая смесь в кривошипную камеру.

Рис.7

2. Такт рабочего хода. При положении поршня около ВМТ сжатая рабочая смесь 1 (рис. 8) воспламеняется электрической искрой от свечи, в результате чего температура и давление газов резко возрастают. Под действием теплового расширения газов поршень перемещается к НМТ, при этом расширяющиеся газы совершают полезную работу. Одновременно, опускаясь вниз, поршень создает высокое давление в кривошипной камере (сжимая топливовоздушную смесь в ней). Под действием давления клапан закрывается, не давая таким образом горючей смеси снова попасть во впускной коллектор и затем в карбюратор.

Рис.8

Когда поршень дойдет до выпускного окна 1 (рис. 9), оно открывается и начнется выпуск отработавших газов в атмосферу, давление в цилиндре понижается.

Рис.9

При дальнейшем перемещении поршень открывает продувочное окно 1 (рис. 10) и сжатая в кривошипной камере горючая смесь поступает по каналу 2 (рис. 10), заполняя цилиндр и осуществляя продувку его от остатков отработавших газов.

Рис.10

Далее цикл повторяется.

Силы, действующие в кривошипно-шатунном механизме

В одноцилиндровом двигателе рабочий ход осуществляется под действием создаваемого в цилиндре давления газов (рис. 11), которое можно представить в виде результирующей силы, состоящей из силы Рr — давления газов на днище поршня при такте расширения и силы инерции Ри поступательно движущихся масс кривошипно-шатунного механизма. Сила инерции изменяется в зависимости от скорости перемещения поршня, а также его положения в цилиндре и достигает наибольшей величины в момент изменения направления движения поршня.

Рис. 11. Силы, действующие от давления газов в одноцилиндровом двигателе:

Сила Рr может быть разложена по правилу параллелограмма на две составляющие: силу F, направленную вдоль шатуна, и силу N, направленную перпендикулярно стенке цилиндра. При переносе силы F по линии ее действия к центру шатунной шейки на оси коренной шейки возникают две равные и параллельные ей силы S1 и S2.

Совместное действие сил S1 и F создает на плече R, равном радиусу кривошипа, крутящий момент, Н • м, который передаётся через трансмиссию на колеса автомобиля. При этом сила S2 создает нагрузку на коренные подшипники, а вращающиеся массы кривошипа и нижней головки шатуна создают центробежную силу Рц, направленную от центра вращения по радиусу кривошипа, которая нагружает картер двигателя.

Сила S2 сможет быть также разложена на две составляющие: N1 и P1. Силы N1 и N равны, но направлены в противоположные стороны. Совместное действие этих сил создает на плече h реактивный момент, который стремится опрокинуть двигатель в сторону, обратную вращению коленчатого вала. Реактивный момент через детали крепления (подвески) двигателя воспринимается рамой (кузовом) автомобиля.

Сила Р1 направлена вниз от оси вала и равна силе Рr, а результирующая сила Рr ¢ давления газов действует на головку цилиндра и направлена в противоположную сторону. Разность между силами Р1и Рr ¢ представляет собой силу инерции Ри поступательно движущихся масс.

Следовательно, в одноцилиндровом двигателе наряду с неравномерностью крутящего момента на коленчатом валу возникают неуравновешенные силы и моменты от поступательно движущихся масс, отрицательное действие которых значительно снижается при увеличении числа цилиндров, т.е. при создании многоцилиндровых двигателей.

Классификация и компоновочные схемы двигателей

Наиболее распространенные схемы компоновок цилиндров многоцилиндровых двигателей представлены на рис. 12. При однорядных схемах компоновки (рис. 12, а) ось цилиндра 1 занимает вертикальное положение (это двигатели автомобилей ВАЗ-2106 «Жигули», ГАЗ-3302 «ГАЗель», ГАЗ-3110 и -3102 «Волга» и др.) или расположены под некоторым углом α к вертикали (рис. 12, б), равным 15... 20°, что позволяет уменьшить высоту двигателя и удобнее располагать его приборы и оборудование.

Рис. 12. Схемы компоновки цилиндров двигателей:

а — однорядная вертикальная; б — однорядная под углом α; в — двухрядная V-образная (под углом β); г — двухрядная: 1 — цилиндры

На большинстве грузовых автомобилей применяют двухрядную V-образную (под углом β) компоновку (рис. 12, в) цилиндров 1 (двигатели автомобилей ЗИЛ-431410, КамАЗ-5320, МАЗ-5335. «Урал-4320», ГАЗ-3309 и ГАЗ-3307). Наряду с этим применяется также и двухрядная компоновка (рис. 12, г) под углом 180° с противолежащими цилиндрами 1. Двигатели с таким расположением цилиндров иногда называют оппозитными, они удобно располагаются под полом кузова (например, двигатели РАБА-МАН в автобусах «Икарус-260, -280»).

Многоцилиндровые двигатели состоят из нескольких одноцилиндровых двигателей, конструктивно объединенных в единое целое и имеющих один общий коленчатый вал. В таком двигателе за два оборота коленчатого вала рабочих ходов будет совершено столько, сколько у него цилиндров, а так как два оборота коленчатого вала соответствуют 720°, то такты рабочего хода будут чередоваться через равные угловые интервалы θ в зависимости от числа цилиндров i. Следовательно, θ = 720/i.

Например, в четырех-, шести- и восьмицилиндровых двигателях рабочие ходы совершаются при повороте коленчатого вала соответственно на 180, 120 и 90°. В каждом цилиндре указанных двигателей происходит один и тот же рабочий процесс, но одноимённые такты совершаются в разные моменты времени; при этом чередование тактов в цилиндрах двигателей выбирают так, чтобы обеспечить равномерное распределение нагрузки на подшипники коленчатого вала и плавную работу двигателя.

Порядок работы двигателя

Последовательность чередования одноименных тактов в цилиндрах двигателя в течение рабочего цикла называется порядком работы двигателя. Принято указывать порядок работы двигателя по чередованию тактов рабочего хода, начиная с первого цилиндра.

Порядок работы двигателя во многом зависит от типа двигателя и числа цилиндров. Так, у коленчатого вала рядного четырёхцилиндрового двигателя (рис. 13, а) кривошипы расположены попарно под углом 180°, два крайних — под углом 180° к двум средним.

Рис. 13. Схемы кривошипно-шатунного механизма рядных двигателей:

а — четырехцилиндрового; б — шестицилиндрового; 1—6 — номера цилиндров; I —VI — кривошипы коленчатого вала соответственно цилиндров 1—6

Соответственно поршни цилиндров 1 и 4 при работе двигателя перемещаются одновременно в одном направлении, а поршни цилиндров 2 и 3 — в противоположных. Порядок работы четырехцилиндровых двигателей может быть 1—3 — 4 — 2 (двигатели автомобилей семейств ВАЗ, «Москвич-21412» и др.) или 1 — 2 — 4 — 3 (двигатели автомобилей ГАЗ-31029, ГАЗ-3110 «Волга», ГАЗ-3302 «ГАЗель» и их модификаций). Четырехцилиндровый двигатель может иметь и другой порядок работы при том же расположении кривошипов коленчатого вала, но при другом порядке открытия и закрытия клапанов, что зависит от конструкции механизма газораспределения.

В шестицилиндровом рядном двигателе шатунные шейки коленчатого вала (рис. 13, б) расположены попарно в трех плоскостях. Такты во всех цилиндрах двигателя в соответствии с расположением кривошипов начинаются и кончаются не одновременно, как в четырехцилиндровом двигателе, а смещаются в одной паре цилиндров относительно другой на угол 120°, и, следовательно, рабочие ходы перекрываются на 1/3 хода поршня, обеспечивая тем самым более равномерное вращение коленчатого вала. Наиболее распространенным порядком работы карбюраторного шестицилиндрового рядного двигателя является 1 — 5 — 3 — 6 — 2 — 4.

Для шестицилиндровых дизелей наиболее совершенным является V-образный вариант двигателя с развалом цилиндров под углом 90° (рис. 14, а) и порядком работы 1 —4 — 2 — 5 — 3 — 6 (дизель ЯМЗ-236М2), Широкое распространение дизелей и карбюраторных двигателей с V-образным расположением цилиндров является следствием преимуществ компоновочных схем этого типа по сравнению с компоновочными схемами рядных двигателей. К преимуществам таких двигателей относятся меньшая высота и габаритная длина, что дает возможность улучшить компоновку автомобиля в целом. Недостатками V-образных двигателей являются более сложная отливка блока и увеличение габаритной ширины по сравнению с рядным двигателем.

Рис. 14. Схема кривошипно-шатунного механизма V-образных двигателей:

а — шестицилиндрового; б — восьмицилиндрового; 1 — 8 номера цилиндров; I — VI I I — кривошипы коленчатого вала соответственно цилиндров 1—8

На грузовых автомобилях ЗИЛ-431410, ГАЗ-3307, КамАЗ-5320 и других установлены восьмицилиндровые V-образные двигатели (рис. 14, б), цилиндры которых расположены в два ряда по ходу автомобиля. Угол развала между рядами цилиндров составляет 90°. Один ряд цилиндров несколько смещен относительно другого ряда, что обусловлено установкой двух шатунов на каждую шейку коленчатого вала. На каждой шатунной шейке коленчатого вала установлено по два шатуна, которые связаны с поршнями правого и левого рядов цилиндров.

В восьмицилиндровом V-образном двигателе с порядком работы 1—5 — 4 — 2 — 6 — 3 — 7 — 8 рабочие ходы следуют один за другим с перекрытием на 1/2 хода поршня. Это обеспечивает не только равномерное вращение коленчатого вала, но и уравновешивание сил инерции, возникающих в процессе работы двигателя.

Эффективные показатели работы двигателя

Мощность, получаемая на коленчатом валу двигателя, называется эффективной мощностью. Она измеряется в киловаттах и на различных режимах работы двигателя может быть определена путём стендовых испытаний по формуле

Ne = Меnе/9570,

где Ме — эффективный крутящий момент двигателя, Н·м, определяемый на стенде; nе — частота вращения коленчатого вала, об/мин.

Эффективная мощность меньше индикаторной на величину мощности, затрачиваемой на насосные потери в кривошипно-шатунном и трение в газораспределительном механизмах двигателя, а также на приведение в действие вентилятора, жидкостного насоса и других вспомогательных устройств.

Таким образом, эффективная мощность Ne меньше, чем индикаторная мощность Ni на величину мощности механических потерь Nм, расходуемой в механизмах и системах двигателя, т.е. Ne=Ni- Nм.

Механическим коэффициентом полезного действия ƞм двигателя называют отношение эффективной мощности Ne к индикаторной Ni. Следовательно, механический КПД

ƞм = Ne / Ni = (Ni - Nм )/Ni= 1- Nм / Ni.

В карбюраторных двигателях ƞм - 0,70...0,85, а в высокооборотных дизелях ƞм = 0,73...0,87.

Наряду с эффективной мощностью к основным показателям, характеризующим работоспособность двигателя, относится эффективный крутящий момент, который является результирующим моментом сил, действующих на каждую шатунную шейку коленчатого вала и приводящих его во вращательное движение. При заданной мощности двигателя и частоте вращения коленчатого вала эффективный крутящий момент можно определить из соотношения Ме = 9570(Ne/ne). Например, для карбюраторных двигателей легковых автомобилей Ме = 70... 190 Нм.

Важным показателем, оценивающим совершенство двигателя по эффективности использования его рабочего объема, является так называемая литровая мощность Nл = Nе/Vh, кВт/л, т.е. максимальная мощность двигателя Ne, приходящаяся на 1 л его рабочего объема Vh. Чем выше Nл, тем лучше технико-экономические показатели двигателя.

Литровую мощность увеличивают обычно путем повышения степени сжатия двигателя, частоты вращения коленчатого вала, коэффициента наполнения и массы свежей горючей смеси, поступающей в цилиндры двигателя. Однако при увеличении литровой мощности возрастают нагрузки на детали кривошипно-шатунного механизма.

Для карбюраторных двигателей Nл = 18...40 кВт/л (меньшее значение для грузовых автомобилей), а для высокооборотных дизелей Nл = 15... 25 кВт/л.

Степень использования теплоты, введенной в двигатель с топливом, оценивают эффективным КПД— ƞе, который представляет собой отношение количества теплоты Qe, превращенной в эффективную работу, к количеству теплоты Q1, выделившейся в результате сгорания топлива:

ƞе = Qe/Q1.

Для карбюраторных двигателей ƞе = 0,23...0,30; для дизелей ƞе = 0,28. ..0,40.

К показателям, характеризующим топливную экономичность двигателя, относится расход топлива.

Часовой расход топлива Gm показывает количество топлива в килограммах, потребляемое двигателем на данном режиме работы за один час.

Для оценки экономичности двигателя обычно пользуются эффективным удельным расходом топлива ge, представляющим собой отношение часового расхода топлива Gm к эффективной мощности двигателя Ne:

ge = Gm /Ne.

Для карбюраторных двигателей ge = 280...340 г/(кВт·ч); для дизелей ge = 220...260 г/(кВт·ч).

С изменением частоты вращения коленчатого вала двигателя кроме мощности Ne соответственно изменяются крутящий момент Ме, удельный ge и часовой Gm расходы топлива.

Зависимость этих величин от частоты вращения коленчатого вала, выраженная графически, называется скоростной характеристикой двигателя. Скоростная характеристика, полученная при полном открытии дроссельной заслонки (максимальной подаче топлива), называется внешней скоростной характеристикой двигателя. Характеристики, соответствующие постоянным промежуточным положениям дроссельной заслонки или промежуточным подачам топлива у дизелей, называются частичными скоростными характеристиками двигателя.

Эти характеристики получают экспериментальным путем на специальных тормозных стендах после обкатки новых двигателей. Принцип получения основных показателей для построения внешней (скоростной) характеристики на стенде (рис. 15) состоит в том, что коленчатый вал двигателя, работающего с определённым постоянным положением дроссельной заслонки, затормаживают, доводя таким образом частоту его вращения до ряда определённых устойчивых значений: от минимально возможной до максимально допустимой. При этом замеряют тормозной момент Mторм, необходимый для достижения каждой частоты вращения, и соответствующий этим частотам часовой расход топлива GT.

По результатам испытаний строят кривые зависимости эффективного крутящего момента (Ме = Mторм) и часового расхода топлива Gm, от частоты вращения nе коленчатого вала. Затем, используя приведенные выше зависимости для определения Ne и ge, находят соответственно численные значения мощности и удельного расхода топлива для различных частот вращения коленчатого вала и строят по ним графики.

Рис. 15. Внешние скоростные характеристики двигателей автомобилей: а — ЗАЗ-1102 «Таврия»; б - ГАЗ-3307

В качестве примера на рис 15, а, б показаны внешние скоростные характеристики двигателей легкового автомобиля ЗАЗ-1102 «Таврия» и грузового автомобиля ГАЗ-3307. Из характеристики (см. рис. 15, а) видно, что мощность Ne двигателя автомобиля ЗАЗ-1102, равная 39 кВт, развивается при частоте вращения коленчатого вала nе - 5500 об/мин. Максимальный крутящий момент двигателя Ме = 80,4 Н·м при частоте вращения вала около 3300 об/мин, а минимальный удельный расход топлива ge = 280 г/(кВт·ч).

Для двигателя автомобиля ГАЗ-3307 эти показатели (рис. 15, б) соответственно равны: мощность Ne = 92 кВт при частоте вращения коленчатого вала 3200 об/мин, максимальный крутящий момент Ме = 294,3 Н·м при 2000... 2200 об/мин и минимальный удельный расход топлива ge = 310 г/(кВт·ч). Внешние (скоростные) характеристики других карбюраторных двигателей имеют свои значения, но кривые имеют примерно аналогичный вид.

Использованные источники

1. Пузанков А.Г. Автомобили: устройство и техническое обслуживание: учебник для студ. Учреждений сред. проф. образования/ - М.: Издательский центр «Академия», 2007. - 640 с.

2. Морозов Н.Д. и др. Устройство и ремонт автомобилей. Учебник, Изд.2-е, перераб. и доп. М.: Высшая школа, 1972.-304с.

3. Иллюстрации, находящиеся в сети Интернет в свободном доступе.

4. Материалы, размещенные на сайтах:

avtotut.ru/

autoustroistvo.ru/

ru.wikipedia.org/

whatisvehicle.wordpress.com/

Для закрепления полученных знаний просмотрите видеоролик "Как это устроено? Четырёхтактный двигатель."

Просмотр доступен только для авторизованных пользователей сайта.

Подробности

все для багажатовары для новорожденныхтовары для туризмакино

dobrovolskij.ru

Четырехтактный двигатель: устройство и порядок работы

Содержание

1 История создания
2 Порядок работы
3 Конструкция
4 Где применяется

В 18 веке многие изобретатели работали над созданием силовых агрегатов, способных заменить паровую машину. Появление устройств, топливо в которых сгорало бы не в топке, а прямо в цилиндре мотора стало возможным после того, как французский изобретатель Филипп Лебон в 1799 году открыл светильный газ. Через два года он же сконструировал газовый силовой агрегат, где газовоздушная смесь воспламенялась в цилиндре. Он имел 1 рабочий цилиндр двойного действия (камеры сгорания находились с двух сторон поршня, и рабочая смесь в них поджигалась поочередно). И только много лет спустя появился более совершенный двигатель четырехтактный, нашедший широкое применение во многих отраслях промышленности.

Впервые такой двигатель продемонстрировал немецкий инженер Август Отто в 1877 году. Произошло это после того, как бельгийский изобретатель Жан Этьен Ленуар предложил воспламенять горючую смесь с помощью электрической искры. Способствовало его появлению и изобретение устройства, позволяющего испарять жидкое топливо и обеспечивать подготовку рабочей газовоздушной смеси (карбюратор).

К серийному производству четырехтактных бензиновых двигателей приступили в 1883 году. Тогда немецкий инженер Готлиб Даймлер предложил для воспламенения газовоздушной смеси использовать раскаленные трубки, вставленные внутрь цилиндров.

Порядок работы

4-х тактный ДВС на сегодня наиболее распространенный силовой агрегат. Функционирует он, используя так называемый цикл Отто, состоящий из четырех последовательных тактов.

Такт представляет собой один полный ход поршня, во время которого коленвал совершает два оборота в направлении вращения часовой стрелки.

Работу 4-х тактного силового агрегата проще всего описывать, обратившись к простейшей конструкции, состоящей из:

собственно цилиндра;
поршня;
двух клапанов (впуск и выпуск);
свечи зажигания;
коленвала;
шатуна.

Классический ДВС отличается от такого механизма только большим числом цилиндров, работа которых синхронизирована определенным образом.

В простейшем одноцилиндровом ДВС последовательно осуществляются:

1 такт: впуск или всасывание.

Все начинается с того, что поршень находится в самом верхнем положении (верхней мертвой точке). А коленвал совершает половину оборота (0-180 градусов), толкая поршень в нижнее положение (нижнюю мертвую точку).

Благодаря этому действию в верхней области цилиндра образуется разрежение и раскрывается впускной клапан. Он становится открытым полностью в то время, когда поршень достигает нижнего уровня. Благодаря возникшему разрежению в цилиндр засасывается порция горючей смеси (воздух+пары бензина). При смешивании горючей смеси с продуктами сгорания от предыдущего цикла в цилиндре образуется рабочая смесь.

Примечание: в дизельном двигателе горючая смесь образуется прямо в цилиндре. Сначала происходит всасывание порции воздуха, который в процессе сжатия нагревается до температуры воспламенения, а затем, перед тем как поршень достигнет верхнего положения, происходит впрыск каплеобразного жидкого топлива. Процесс горения происходит только во время впрыска топлива.

2 такт: сжатия или компрессия

Он начинается при перемещении поршня вверх от нижнего уровня к верхнему. В это время коленвал снова поворачивается на ½ оборота (180-360 градусов).

При этом впускной и выпускной клапаны закрыты, из-за чего рабочая смесь начинает сжиматься.

В этом такте давление и температура в цилиндре повышаются приблизительно до 1,8 МПа и 600 С° соответственно.

3 такт: расширения или рабочий ход

В момент, когда достигается максимальная величина сжатия, включается свеча зажигания, от искры которой рабочая смесь воспламеняется и сгорает. В этом такте температура и давление в цилиндре доходят до 2500 С° и 5 МПа. Увеличившиеся температура и давление заставляют двигаться поршень вниз. А шатун, связывающий поршень и коленчатый вал, сообщает последнему вращательное действие, и он совершает следующие ½ оборота.

Именно в этом такте тепловая энергия переходит в механическую, и осуществляется полезная работа. Далее открывается выпускной клапан благодаря тому, что поршень перемещается вниз, что обеспечивает отвод отработанного газа. Когда поршень доходит до самого нижнего уровня – клапан максимально открыт. Сбросу давления до 0,65 МПа сопутствует понижение температуры до 1200 С°.

Читайте также: Бензиновый автомобильный двигатель: типы и принцип работы

Поршень находится на нижнем уровне и под влиянием поворота коленчатого вала (180-360 градусов) перемещается вверх, выталкивая отработанный газ через открытый выпускной клапан.

В итоге, температура в цилиндре снижается до 500 С°, а поршень находится в верхнем положении. Так как избавиться от отработанных газов совсем не удается, остаточное давление в цилиндре держится на уровне 0,1 МПа, а оставшийся газ принимает участие в следующем такте.

Работа двигателя происходит за счет многократного повторения 4-х тактного цикла.

Конструкция

Сегодня 4-х тактные моторы более сложны по конструкции. Так, например:

коленвал оснащают массивным маховиком, обеспечивающим за счет инерции плавное перемещение поршней;
блок цилиндров оснащается газораспределительным механизмом;
запуск мотора осуществляется с помощью стартера;
беспроблемное функционирование всех узлов обеспечивается многочисленными вспомогательными устройствами (системы управления, смазки, впрыска топлива, охлаждения и пр.).

Где применяется

4-х тактные моторы применяются в нашей повседневной жизни очень широко. Их мощность напрямую зависит от объема и количества цилиндров. Устанавливают ДВС в автомобилях и самолетах, тракторах и тепловозах. Применяются они также на судах морского и речного флота.

На 4-х тактные силовые агрегаты обратили внимание и энергетики. Используют их для питания стационарных и аварийных электрогенераторов, установленных в местах, где линии электропередач подвести невозможно или экономически нецелесообразно. Кроме того, такие генераторы устанавливают на объектах, где отключение подачи электроэнергии невозможно (больницы, банки, воинские части и пр.).

dvigatels.ru

Устройство автомобилей

Многоцилиндровые двигатели, как уже отмечалось в предыдущей статье, представляют собой конструкцию, объединяющую в единое целое несколько одноцилиндровых двигателей с одним общим коленчатым валом. При этом количество рабочих ходов за два полных оборота коленчатого вала (720˚) в таком двигателе, при работе по четырехтактному циклу, будет равно количеству цилиндров. В каждом цилиндре протекают одинаковые рабочие процессы, но не одновременно. Для того, чтобы представить работу многоцилиндрового двигателя, необходимо знать порядок чередования одноименных тактов по цилиндрам и интервалы одноименных тактов в различных цилиндрах. Эти интервалы определяют в углах поворота коленчатого вала, принимая за начало отсчета нахождение поршня в верхней мертвой точке (ВМТ).

Наиболее равномерная работа многоцилиндрового двигателя имеет место при чередовании тактов расширения в цилиндрах через равные промежутки времени, т. е. через равные углы поворота коленчатого вала. У четырехтактного однорядного двигателя рабочий цикл совершается за два оборота коленчатого вала (720˚), поэтому при однорядном расположении цилиндров угол поворота коленчатого вала между одноименными тактами в разных цилиндрах должен составлять 720˚/i, где i – число цилиндров двигателя.

Для уменьшения локальной нагрузки на коленчатый вал выбирают такой порядок работы цилиндров, чтобы такты расширения (рабочего хода) не протекали одновременно в смежных цилиндрах. Кроме того, при чередовании тактов рабочего хода в удаленных друг от друга цилиндрах способствует более эффективному и равномерному охлаждению двигателя.

Очевидно, что у четырехтактного четырехцилиндрового однорядного двигателя одноименные такты должны следовать через 180˚ угла поворота коленчатого вала. Следовательно, и шатунные шейки коленчатого вала должны быть расположены под углом 180˚, т. е. лежать в одной плоскости. При этом шатунные шейки первого и четвертого цилиндров направлены в одну сторону относительно оси коленчатого вала, а шатунные шейки второго и третьего цилиндров – в противоположную сторону. Это обеспечивает равномерное чередование рабочих ходов в цилиндрах двигателя. Последовательность чередования одноименных тактов в различных цилиндрах двигателя в течение его рабочего цикла называется порядком работы цилиндров двигателя.

Для четырехцилиндрового рядного двигателя возможны два варианта чередования тактов в цилиндрах: 1-2-4-3 и 1-3-4-2 (нумерация цилиндров ведется от передней части двигателя по ходу автомобиля или, в случае с поперечным расположением двигателя, со стороны, противоположной маховику). С точки зрения описанных выше требований оба порядка работы цилиндров равноценны, поэтому применяются в разных двигателях, устанавливаемых на автомобилях.

Так, например, на автомобильных двигателях, используемых Горьковским автомобильным заводом (ГАЗ-3102, ГАЗ-2410 т. п.) обычно используют последовательность работы цилиндров 1-2-4-3, а на двигателях автомобилей ВАЗ и Москвич – 1-3-4-2.

Работа четырехтактного четырехцилиндрового рядного двигателя с порядком работы цилиндров 1-3-4-2 подробно описана в Таблице 1.

Таблица 1. Работа однорядного четырехцилиндрового двигателя

Оборот коленчатого вала	Угол поворота коленчатого вала, град	Цилиндры
первый	второй	третий	четвертый
Первый оборот	0 - 180	Рабочий ход	Выпуск	Сжатие	Впуск
180 - 360	Выпуск	Впуск	Рабочий ход	Сжатие
Второй оборот	360 - 540	Впуск	Сжатие	Выпуск	Рабочий ход
540 - 720	Сжатие	Рабочий ход	Впуск	Выпуск

***

Работа шестицилиндрового рядного двигателя

В однорядном четырехтактном шестицилиндровом двигателе одноименные такты следуют через 120˚ угла поворота коленчатого вала, следовательно, шатунные шейки располагаются под таким же углом друг к другу, причем оси шеек 1 и 6, 2 и 5, 3 и 4 совпадают. Возможны четыре варианта работы такого двигателя. На отечественных автомобильных двигателях, как правило, используют порядок работы 1-5-3-6-2-4 (например, двигатели автомобилей ЗИЛ-157КД, ГАЗ-52-04).

Коленчатый вал шестицилиндрового двигателя, как и четырехцилиндрового, симметричен, поэтому силы инерции масс, движущихся возвратно-поступательно, взаимно уравновешены. Работа однорядного шестицилиндрового четырехтактного двигателя подробно описана в Таблице 2.

Таблица 2. Работа однорядного шестицилиндрового двигателя

Оборот коленчатого вала	Угол поворота коленчатого вала, ˚	Цилиндры
1	2	3	4	5	6
Первый оборот	0 - 60	Рабочий ход	Выпуск	Впуск	Рабочий ход	Сжатие	Впуск
60 – 120	Сжатие	Выпуск
120 – 180	Впуск	Рабочий ход
180 – 240	Выпуск	Сжатие
240 – 300	Рабочий ход	Впуск
300 – 360	Сжатие	Выпуск
Второй оборот	360 – 420	Впуск	Рабочий ход
420 – 480	Выпуск	Сжатие
480 – 540	Рабочий ход	Впуск
540 – 600	Сжатие	Выпуск
600 - 660	Впуск	Рабочий ход
660 - 720	Выпуск	Сжатие

***

Работа шестицилиндрового V-образного двигателя

На равномерность чередования вспышек в цилиндрах многорядного двигателя, кроме угла между кривошипами коленчатого вала, влияет и угол γ между рядами цилиндров. Для получения оптимальной равномерности хода n-рядного двигатели этот угол должен быть в n раз меньше угла между кривошипами коленчатого вала, т. е. должно соблюдаться условие: γ = φ/n, где φ – угол между кривошипами коленчатого вала. Тогда угловой интервал между одноименными тактами в цилиндрах четырехтактного двигателя можно определить по формуле:

αТ = 720˚/ni,

а для двухтактного двигателя:

αТ = 360˚/ni.

У шестицилиндрового V-образного двигателя (ЯМЗ-236, ЯМЗ-КАЗ-642) угол развала составляет 90˚ (рис. 3). Но это – не единственное возможное расположение цилиндров - допустимы и другие варианты углов развала. Коленчатый вал имеет три шатунные шейки, расположенные под углом 120˚ относительно друг друга. На каждой шейке крепятся два шатуна: на первой – шатуны первого и четвертого цилиндров, на второй – второго и пятого, на третьей – третьего и шестого цилиндров. Кривошипно-шатунные механизмы четырехтактных V-образных двигателей и схемы их работы показаны на Рисунке 3.

Порядок работы цилиндров такого двигателя – 1-4-2-5-3-6. В данных двигателях невозможно добиться равномерного чередования тактов в цилиндрах. Они проходят через 90 и 150˚. Если в первом цилиндре осуществляется рабочий ход, то в четвертом он начинается через 90˚, во втором – через 150˚, в пятом – через 90˚, в шестом – через 150˚, что является существенным недостатком данного конструкторского решения по расположению цилиндров в шестицилиндровом двигателе.

Для уменьшения вибраций, вызванных неравномерностью работы двигателя, приходится применять массивные маховики с большим моментом инерции (на 60…70 % больше, чем в однорядном двигателе).

***

Работа восьмицилиндрового V-образного двигателя

Угол развала (угол между рядами цилиндров) в таких двигателях обычно принимают равным 90˚. Так как одноименные такты в цилиндрах начинаются через 90˚ угла поворота коленчатого вала, то и шатунные шейки тоже располагаются под углом 90˚, т. е. крестообразно. На первой шейке крепятся шатуны первого и пятого цилиндров, на второй – второго и шестого, на третьей – третьего и седьмого, на четвертой – четвертого и восьмого цилиндров (рис. 3).

Такая конструкция обеспечивает чередование одноименных тактов через каждые 90˚ угла поворота коленчатого вала, что способствует его равномерному вращению. Порядок работы восьмицилиндрового двигателя – 1-5-4-2-6-3-7-8.

Для наглядности ниже приведена схема, на которой стрелками отображен порядок работы цилиндров (последовательность вспышек) в V-образных двигателях.

***

Уравновешивание двигателя

k-a-t.ru

Порядок работы цилиндров двигателя - как стучит сердце вашего автомобиля

Если так подумать, то зачем нам, обычным автолюбителям знать порядок, в котором работают цилиндры автомобиля? Ну, работают исправно и, слава богу. Да, конечно, это отрицать сложно и вполне бессмысленно, но только до того момента, пока Вам не захочется своими руками настроить зажигание или заняться регулировкой клапанных зазоров. И вот тогда эти знания о порядке работы автомобильных цилиндров будут абсолютно не лишними. Захотите Вы присоединить провода высокого напряжения к свечам или трубопроводы с высоким давлением у дизеля. А вдруг Вы решите перебрать головку блока цилиндров? Согласитесь с тем, что немного глупо будет ехать на СТО с потребностью правильной установки высоковольтных проводов. Да и как Вы это сделаете, когда двигатель то троит?

Порядок работы цилиндров, что это значит?

Последовательность, с которой чередуются одноимённые такты в различных цилиндрах именуется порядком работы цилиндров. От каких же факторов зависит данный параметр? От чего зависит порядок работы цилиндров? Есть несколько таковых, и мы их сейчас перечислим:

- расположение цилиндров в двигателе: рядное или V-образное;

- количество цилиндров;

- конструкция распределительного вала;

- конструктивные особенности и тип коленчатого вала.

Фазы цилиндров

Рабочий цикл автомобильного двигателя разделяется на газораспределительные фазы. Их последовательность обязана равномерно распределяться на коленчатый вал по силе их воздействия. Только в таком случае двигатель будет работать равномерно. Необходимым и строгим условием является нахождение цилиндров, работающих последовательно, относительно друг друга. Они просто не должны располагаться рядом. Именно с этой целью производители двигателей и разрабатывают схемы, в которых указан порядок работы цилиндров мотора. Но все схемы объединяет единый фактор: порядок работы всех цилиндров начинается главного цилиндра под номером один.

Разные двигатели – разный порядок работы

Однотипные двигатели с разными модификациями могут иметь различия в работе цилиндров. Возьмём двигатель ЗМЗ для примера. Порядок работы 402-го двигателя таков - 1-2-4-3, хотя у 406-го цилиндры работают совершенно в другом порядке – 1-3-4-2.

Если погрузиться глубже теорию работы двигателя внутреннего сгорания, но не сильно, дабы не запутаться, то мы сможем увидеть следующее: четырёхтактный двигатель проходит свой полный рабочий цикл за два оборота коленчатого вала. Если рассматривать в градусах, то это равняется 720 градусам. У двухтактного двигателя – 3600 градусов. Чтобы коленчатый вал постоянно находился под поршневым усилием, его колена смещают под определённым углом. Градус этого угла прямо зависит от тактности двигателя и числа цилиндров. У рядного четырёхцилиндрового двигателя такты чередуются через каждые 1800 градусов. Порядок работы же такого мотора на автомобилях ВАЗ таков: 1-3-4-2, на автомобилях ГАЗ 1-2-4-3. Шестицилиндровый рядный двигатель работает по такому порядку: 1-5-3-6-2-4, чередование тактов составляет 1200 градусов. Восьмицилиндровый V-образный двигатель работает в таком режиме: 1-5-4-8-6-3-7-2, воспламенения происходят с интервалом в 900 градусов. Интересен порядок работы двенадцатицилиндрового W-образного двигателя: 1-3-5-2-4-6 – работа левых головок блока цилиндров, а правых: 7-9-11-8-10-12

Для того, чтобы Вы не путались со всеми этими цифровыми порядками, давайте рассмотри один пример. Возьмём восьмицилиндровый двигатель грузового автомобиля ЗИЛ со следующим порядком работы его цилиндров: 1-5-4-2-6-3-7-8. Расположение кривошипов находится под углом в 900 градусов. Возьмём первый цилиндр, во время его рабочего цикла происходит 90 градусов оборота коленвала, затем цикл переходит на пятый цилиндр и так последовательно в следующем порядке 4-2-6-3-7-8. В данном случае один оборот коленчатого вала приравнивается четырём рабочим циклам. Вывод из всего этого очевиден – двигатель с восьмью цилиндрами работает гораздо равномернее и плавнее шестицилиндрового.

Да, согласимся, что настолько глубокие познания в работе цилиндров мотора Вашей машины, скорее всего, не пригодятся. Но хотя бы обобщённое представление об этом Вы должны иметь. А если Вас настигнет необходимость произвести ремонт головки блока цилиндров, тогда эти знания будут уж точно не лишними. Друзья, желаем Вам успехов в изучении этих премудростей!

Подписывайтесь на наши ленты в Facebook, Вконтакте и Instagram: все самые интересные автомобильные события в одном месте.

Была ли эта статья полезна?

auto.today

Порядок работы цилиндров двигателя на разных авто

В большинстве случаев рядовому автовладельцу вовсе не нужно понимать порядок работы цилиндров двигателя. Однако эта информация не нужна до тех пор, пока у автолюбителя не появится желание самостоятельно выставить зажигание либо отрегулировать клапана.

Информация о порядке работы цилиндров двигателя авто непременно понадобится в том случае, если нужно будет подключить высоковольтные провода или трубопроводы в дизельном агрегате. В таких случаях добраться до станции техобслуживания бывает порой попросту невозможно, а знаний о том, как работает двигатель не всегда достаточно.

Порядок работы цилиндров двигателя – теория

Порядком работы цилиндров называют последовательность, с которой происходит чередование тактов в разных цилиндрах силового агрегата. Данная последовательность зависит от следующих факторов:

количество цилиндров;
тип расположения цилиндров: V-образное либо рядное;
конструкционные особенности коленвала и распредвала.

Особенности рабочего цикла двигателя

То, что происходит внутри цилиндра, называется рабочим циклом двигателя, который состоит из определенных фаз газораспределения.

Газораспределительной фазой называют момент, в который начинается открытие и заканчивается закрытие клапанов. Измеряется фаза газораспределения в градусах поворота коленчатого вала по отношению к верхней и нижней мёртвым точкам (ВМТ и НМТ).

На протяжении рабочего цикла в цилиндре воспламеняется смесь топлива и воздуха. Промежуток между воспламенениями в цилиндре оказывает непосредственное влияние на равномерность работы мотора. Двигатель работает максимально равномерно при наименьшем промежутке воспламенения.

Данный цикл непосредственно зависит от количества цилиндров. Чем большим является число цилиндров, тем меньшим будет интервал воспламенения.

Порядок работы цилиндров двигателей разных автомобилей

У разных версий однотипных моторов цилиндры могут работать по-разному. Для примера можно взять двигатель ЗМЗ. Порядок работы цилиндров 402 двигателя выглядит следующим образом – 1-2-4-3. Но, если говорить о порядке работы цилиндров двигателя 406, то в данном случае он составляет 1-3-4-2.

Нужно понимать, что один рабочий цикл четырехтактного мотора по длительности равен двум оборотам коленчатого вала. Если использовать градусное измерение, то он составляет 720°. У двухтактного двигателя он равен 360°.

Колена вала расположены под специальным углом, в результате чего вал постоянно пребывает под усилием поршней. Данный угол определяется тактностью силового агрегата и числом цилиндров.

порядок работы 4 цилиндрового двигателя со 180-градусным интервалом между воспламенениями может составлять 1-2-4-3 либо 1-3-4-2;
порядок работы 6 цилиндрового двигателя с рядным расположением цилиндров и 120-градусным интервалом между воспламенениями выглядит так: 1-5-3-6-2-4;
порядок работы 8 цилиндрового двигателя (V-образный) – 1-5-4-8-6-3-7-2 (90-градусный интервал между воспламенениями).

В каждой схеме двигателя, независимо от его производителя, порядок работы цилиндров начинается с главного цилиндра, отмеченного номером 1.

Наиболее вероятно, информация о порядке работы цилиндров двигателя автомобиля, не будет очень актуальной для вас. Однако данная статья сайта Avtopub.com находится в разделе «Устройство», с помощью которого вы сможете иметь общее представление о различных узлах всего автомобиля.

Желаем успехов в определении порядка работы цилиндров мотора вашей машины. Также советуем обратить внимание на статью о том, как осуществляется замена прокладки головки блока цилиндров.

Подписывайтесь на обновления и получайте интересные и полезные статьи на свой e-mail!

(1 голосов, оценка: 5,00 из 5)

avtopub.com