Такты работы двигателя внутреннего сгорания: Двигатель внутреннего сгорания — урок. Физика, 8 класс.

4 такта работы ДВС. Основные решения поломок ДВС

Рассмотрим 4 такта работы ДВС:

1. Впуск
2. Сжатие
3. Сгорание
4. Выпуск

1. При первом такте открывается клапан и в блок цилиндра добавляется топливная смесь. Топливная смесь состоит из воздуха и топлива в пропорции 14.7 к 1. При этом различают обогащенную топливную смесь, где пропорция бензина к воздуху примерно 40 к 1 и обедненную топливную смесь, где соотношение воздуха по отношению к бензину преобладает.
2. При втором такте происходит сжатие топливной смеси в камере сгорания в блоке цилиндра.
3. При третьем такте топливная смесь зажигается при помощи свечи зажигания.
4. На четвертом такте происходит выпуск отработанных газов через выпускные клапаны ГБЦ.

ГБЦ оборудован маслосъемными и компрессионными кольцами.

Маслосъемные кольца позволяют оптимально использовать топливо, смазывая весь цилиндр и равномерно распределяя масло по его поверхности.

Компрессионные кольца играют роль уплотнителей, которые блокируют выход отработанных газов в тепловой зазор.

!!! Закоксовка колец — проблема, с которой сталкиваются автовладельцы. Ее суть в том, что компрессионные кольца становятся слишком плотными и больше не могут обеспечивать герметичность внутри цилиндра.

Распредвал синхронизирует работ впускных/выпускных клапанов с работой коленчатого вала.
Верхняя мертвая точка — это верхняя граница хода поршня, нижняя мертвая точка — это нижняя граница хода поршня.

Впускные и выпускные клапаны цилиндра имеют клапанную пружину, клапанную тарелку и фиксирующий сухарь.

Впускные и выпускные клапана открываются и закрываются благодаря приводу ГРМ.

Привод ГРМ приводит в движение распределительный вал, масляный и водяной насос.

Различают верхневальные и нижневальные двигатели.

Верхневальные двигатели более распространены, ими оснащены все легковые автомобили. Нижневальные встречаются в грузовых автомобилях и в спец. технике, также в автомобилях УАЗ и Газель.
Главное отличие нижневальных и верхневальных двигателей в том, что в верхневальных двигателях больший крутящий момент на высоких оборотах, а в нижневальных — на низких.

Опубликовано: 18.05.2016

Принцип работы ДВС. Рабочие циклы двигателя

На автомобилях устанавливают двигатели внутреннего сгорания (ДВС), у которых топливо сгорает внутри цилиндра. В основу их действия положено свойство газов расширяться при нагревании.

Рассмотрим принцип устройства и работы двигателя внутреннего сгорания, а также его рабочие циклы.

Рабочий цикл четырехтактного бензинового двигателя

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.

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 (рабочего хода) и выпуска.

Принцип работы ДВС (для просмотра нажмите на кнопку иллюстрации)
Крайние положения поршня, при которых он наиболее удален от оси коленчатого вала или приближен к ней, называются верхней и нижней «мертвыми» точками (ВМТ и НМТ). Подробнее в статье как устроен двигатель внутреннего сгорания.

Впуск. По мере того, как коленчатый вал двигателя делает первый полуоборот, поршень перемещается от ВМТ к НМТ, впускной клапан открыт, выпускной клапан закрыт. В цилиндре создается разряжение, вследствие чего свежий заряд горючей смеси, состоящий из паров бензина и воздуха, засасывается через впускной газопровод в цилиндр и, смешиваясь с остаточными отработавшими газами, образует рабочую смесь.

Сжатие. После заполнения цилиндра горючей смесью при дальнейшем вращении коленчатого вала (второй полуоборот) поршень перемещается от НМТ к ВМТ при закрытых клапанах. По мере уменьшения объема температура и давление рабочей смеси повышаются.

Расширение или рабочий ход. В конце такта сжатия рабочая смесь воспламеняется от электрической искры и быстро сгорает, вследствие чего температура и давление образующихся газов резко возрастает, поршень при этом перемещается от ВМТ к НМТ. В процессе такта расширения шарнирно связанный с поршнем шатун совершает сложное движение и через кривошип приводит во вращение коленчатый вал.

При расширении газы совершают полезную работу, поэтому ход поршня при третьем полуобороте коленчатого вала называют рабочим ходом. В конце рабочего хода поршня, при нахождении его около НМТ открывается выпускной клапан, давление в цилиндре снижается до 0.3 — 0.75 МПа, а температура до 950 — 1200^оС.

Выпуск. При четвертом полуобороте коленчатого вала поршень перемещается от НМТ к ВМТ. При этом выпускной клапан открыт, и продукты сгорания выталкиваются из цилиндра в атмосферу через выпускной газопровод.

Рабочий цикл четырехтактного дизеля

В отличие от бензинового двигателя, при такте ‘впуск’ в цилиндры дизеля поступает чистый воздух. Во время такта ‘сжатие’ воздух нагревается до 600^оС. В конце этого такта в цилиндр впрыскивается определенная порция топлива, которое самовоспламеняется.

Впуск. При движении поршня от ВМТ к НМТ вследствие образующегося разряжения из воздушного фильтра в цилиндр через открытый впускной клапан поступает атмосферный воздух. Давление воздуха в цилиндре составляет 0.08 — 0.095 МПа, а температура 40 — 60°С.

Сжатие. Поршень движется от НМТ к ВМТ, впускной и выпускной клапаны закрыты, вследствие этого перемещающийся вверх поршень сжимает поступивший воздух. Для воспламенения топлива необходимо, чтобы температура сжатого воздуха была выше температуры самовоспламенения топлива. При ходе поршня к ВМТ цилиндр через форсунку впрыскивается дизельное топливо, подаваемое топливным насосом.

Расширение или рабочий ход. Впрыснутое в конце такта сжатия топливо, перемешиваясь с нагретым воздухом, воспламеняется, 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 ВМТ в НМТ — происходит рабочий ход. Около НМТ давление снижается до 0.3 — 0.5 МПа, а температура до 700 — 900^оС.

Выпуск. Поршень перемещается от НМТ в ВМТ и через открытый выпускной клапан отработавшие газы выталкиваются из цилиндра. Давление газов снижается до 0.11 — 0.12 МПа, а температура до 500-700^оС. После окончания такта выпуска при дальнейшем вращении коленчатого вала рабочий цикл повторяется в той же последовательности.

Более подробно про работу дизеля в статье Дизельные двигатели. Устройство и принцип работы.

Принцип работы многоцилиндровых двигателей

На автомобилях устанавливают многоцилиндровые двигатели. Чтобы многоцилиндровый двигатель работал равномерно, такты расширения должны следовать через равные углы поворота коленчатого вала (т. е. через равные промежутки времени).

Последовательность чередования одноименных тактов в цилиндрах называют порядком работы двигателя. Порядок работы большинства четырехцилиндровых двигателей 1-3-4-2 или 1-2-4-3. Это означает, что после рабочего хода в первом цилиндре следующий рабочий ход происходит в третьем, затем в четвертом и, наконец, во втором цилиндре. Определенная последовательность соблюдается и в других многоцилиндровых двигателях.

Многоцилиндровые двигатели бывают рядными и V-образными. В рядных двигателях цилиндры расположены вертикально, а в V-образных — под углом. Последние характеризуются меньшей габаритной длиной по сравнению с первыми. Современные восьмицилиндровые двигатели выполняют двухрядными с V-образным расположением цилиндров.

ступеней двигателя внутреннего сгорания

ступеней двигателя внутреннего сгорания

+ Только текстовый сайт + Версия без Flash + Свяжитесь с Гленном Чтобы двигать самолет по воздуху, тяга создается каким-либо двигательная система. Начиная с братьев Райт. первый полет, многие самолеты использовали двигатель внутреннего сгорания повернуть пропеллеры для создания тяги. Сегодня большинство самолетов авиации общего назначения или частных самолетов питание от двигатели внутреннего сгорания (IC) , очень похожие двигатель в вашем семейном автомобиле. При обсуждении двигателей мы должны учитывать как механическое действие машина и термодинамический процессы, которые позволяют машине производить полезные Работа. На этой странице мы рассматриваем термодинамику четырехтактный Двигатель IC . На рисунке показан внутренний вид Двигатель 1903 года братьев Райт в шесть раз, или стадий , во время термодинамический цикл. Двигатель Райта был выбран из-за его простоты, но те же шесть стадий происходят во всех четырехтактных 9Двигатели 0030IC . Этапы идут сверху слева к нижнему левому, затем от справа внизу вверх справа в непрерывном цикле. Мы обозначаем стадии по тем же причинам, что и станции из газотурбинный двигатель; чтобы лучше организовать нашу анализ производительности двигателя. Разработан термодинамический цикл для четырехтактного двигателя внутреннего сгорания. доктором Н. А. Отто в 1876 г. Цикл протекает следующим образом: Цикл начинается, когда впускной клапан открывается и смесь топлива и воздух поступает в цилиндр из впускной коллектор. Поршень оттягивается к коленчатому валу, слева на рисунке, при постоянном давлении, потому что клапан открыт. Движение поршень называется ход . Стадия 1 — начало такт впуска. В конце такта впуска впускной клапан закрывается, а поршень переместился обратно в камеру сгорания. Поскольку клапаны закрыты, давление и температура увеличиваются за счет адиабатическое сжатие. Этап 2 — начало такт сжатия. В конце такта сжатия давление в камере сгорания максимальное. Свеча зажигания в современном двигателе, или контактный переключатель двигателя Райта, затем генерирует электрическую искру, которая воспламеняет топливно-воздушной смеси. Этап 3 — начало процесс горения. Сгорание в двигателе внутреннего сгорания происходит очень быстро и происходит при постоянном объем в камере сгорания. Высокое давление толкает поршень назад по направлению к коленчатому валу. Стадия 4 — начало рабочий ход. В конце рабочего хода нагревать отбрасывается в окружающую среду, как того требует второй закон термодинамики. Этап 5 это начало теплоотдача. После отвода тепла выпускной клапан открывается, и остаточный газ вытесняется в окружающую среду для подготовки к следующему такт впуска. Этап 6 это начало такт выхлопа. В конце такта выпуска условия возвращаются к Этап 1 условия, и цикл повторяется. Вариация давление и цилиндр объем может отображаться на диаграмма p-V для Цикл Отто. Площадь участка равна полезной Работа вырабатывается одним цилиндром двигателя. Деятельность: Экскурсии с гидом Навигация . . Домашняя страница руководства для начинающих   + Горячая линия генерального инспектора + Данные о равных возможностях трудоустройства публикуются в соответствии с Законом об отсутствии страха + Бюджеты, стратегические планы и отчеты о подотчетности + Закон о свободе информации + Повестка дня президентского руководства + Заявление НАСА о конфиденциальности, отказ от ответственности, и сертификация доступности       Редактор: Нэнси Холл Официальный представитель НАСА: Нэнси Холл Последнее обновление: 13 мая 2021 г. + Связаться с Гленном

Циклы двигателя: определение, типы и анализ

Двигатели внутреннего сгорания работают по четырехтактному циклу , также известному как цикл двигателя.

Эти четырехтактные циклы включают четыре такта, начиная с впуска, сжатия, расширения сгорания и выпуска. Эти четыре такта непрерывно повторяются для выработки энергии и преобразования химической энергии в механическую.

Анализ циклов двигателя

Анализ циклов двигателя состоит из четырех этапов. К ним относятся впуск, сжатие, сгорание и выпуск. Каждая ступень показана на рисунке 1 ниже, который описывает четырехтактный дизельный двигатель или бензиновый двигатель. Стоит упомянуть об основных отдельных компонентах в цилиндре двигателя. В цилиндре происходит сгорание. Поршень представляет собой цилиндр внутри двигателя, соединенный со штоком, который используется для перемещения поршня вертикально внутри цилиндра двигателя с газонепроницаемой посадкой. В верхней части цилиндра есть два клапана, впускной клапан и выпускной клапан, а также топливная форсунка или свеча зажигания между двумя клапанами.

Цикл четырехтактного двигателя

В бензиновых или дизельных двигателях каждое вертикальное движение поршня вверх или вниз называется тактом. Следовательно, в четырехтактных двигателях поршень совершает в общей сложности 4 движения вверх и вниз, которые обычно делятся на четыре разных этапа для завершения цикла двигателя.

Анализ циклов двигателя: такт впуска

Первый такт — такт впуска. При такте впуска поршень перемещается по цилиндру из верхнего максимального положения в нижнее минимальное положение. Предварительно смешанные воздух и топливо всасываются в цилиндр через открытые впускные клапаны, увеличивая объем внутри цилиндра. Давление в баллоне остается постоянным, примерно ниже атмосферного.

В бензиновом двигателе или двигателе с искровым зажиганием топливо должно быть предварительно смешано с воздухом, прежде чем оно достигнет впускного клапана. Это делается в устройстве, называемом карбюратор. В последнее время используется более сложный способ тщательной оценки количества топлива, впрыскиваемого во впускное отверстие для воздуха непосредственно над впускными клапанами. Количество впрыскиваемого топлива контролируется электронным блоком управления, также известным как ECU.

Анализ циклов двигателя: компрессия

В этот момент клапаны закрыты. Теперь поршень перемещается вверх из минимального вертикального положения в максимальное положение, уменьшая объем и увеличивая давление внутри цилиндра. Смесь сжимается по направлению к свече зажигания. Работа совершается над воздухом при сжатии. Это второй штрих.

Крайне важно, чтобы искра появлялась непосредственно перед концом такта, чтобы смеси было достаточно, чтобы достичь верхней точки своего хода, тем самым позволяя максимальному давлению воздействовать на опускающийся поршень. Нагретое топливо приводит в действие турбину, а затем впрыскивается в камеру сгорания, где оно сгорает.

Анализ циклов двигателя: сгорание

Из-за высокого давления вблизи верхнего максимального положения к концу второго такта температура смеси повышается, и смесь воспламеняется искрой от свечи зажигания. На этом этапе объем остается почти постоянным. Это последний шаг второго штриха.

Анализ циклов двигателя: расширение

Высокое давление расширенных газов заставляет поршень двигаться вниз. Работа совершается расширяющимися газами. Выпускной клапан открывается в минимальном положении, и давление снижается почти до атмосферного. Это третий штрих.

Анализ циклов двигателя: выхлоп

Поршень движется вверх, выталкивая сгоревшие газы через открытый выпускной клапан, в то время как давление в цилиндре остается чуть выше атмосферного. Это четвертый и последний такт цикла двигателя. Затем цикл повторяется.

Тепловые циклы или циклы двигателя в основном добавляют и отбрасывают энергию в виде тепла на стадиях сгорания и выхлопа, в то время как работа выполняется на стадиях сжатия и расширения.

Два типа циклов для бензиновых и дизельных двигателей

Существует два типа двигателей. Дизельные и бензиновые двигатели работают в соответствии с различными теоретическими циклами двигателя, дизельным циклом и циклом Отто соответственно.

Идеальный или теоретический цикл Отто 9Описанный выше 0138 — это принцип работы бензинового двигателя. Он предполагает следующие условия:

• Впуск изобарический (0-1).

• Сжатие обратимое и адиабатическое (1-2).

• Горение (подвод тепла) изохорное (2-3).

• Расширение обратимое и адиабатическое (3-4).

• Выхлоп (отвод тепла) изохорный (4-1).

Адиабатический — это термодинамический процесс, который происходит без передачи тепла или массы между системой и окружающей средой.

Изохорный термодинамический процесс, происходящий при постоянном объеме .

Изобарический термодинамический процесс, происходящий при постоянном давлении .

Идеальный цикл Отто также может описывать четыре такта с использованием графика зависимости термодинамического давления от объема. Это показано на рисунке ниже, где четыре такта обозначены цифрами от 1 до 4, что означает четыре последовательных такта, завершающих один цикл двигателя. Показаны процессы постоянного объема и постоянного давления.

Идеальный цикл Отто

Идеальный или теоретический дизельный цикл — это принцип работы дизельного двигателя. Его можно описать при следующих условиях:

• Впуск изобарический (0-1).

• Сжатие адиабатическое (1–2).

• Горение (подвод тепла) изобарное (2–3).

• Расширение адиабатическое (3–4).

• Выхлоп (отвод тепла) изохорный ( 4–1).

Идеальный дизельный цикл — StudySmarter Originals

Показательный цикл Отто реального бензинового и дизельного двигателей, полученный с помощью датчика давления в цилиндре и преобразователя, выходной сигнал которого зависит от углового положения коленчатого вала, показан на рисунке. ниже.

Слева: указан дизельный двигатель, справа: указан бензиновый двигатель — StudySmarter Originals

Из приведенных выше рисунков видно, что они не совпадают с теоретическими значениями циклов. Это связано с тем, что термодинамические процессы, происходящие при внутреннем сгорании, не соответствуют теоретическим циклам. Стадии сгорания и расширения не являются постоянными по объему и давлению, как предполагалось. Они также необратимы в реальной жизни, как это предполагается в теоретических условиях.

Помимо цикла Отто и Дизеля существуют и другие циклы двигателя, в том числе цикл Карно, цикл Брайтона и цикл Ренкина. Наиболее эффективным циклом является цикл Карно, а наименее эффективным циклом является цикл дизельного двигателя.

Уравнения для циклов двигателя

Приведенные выше рисунки можно использовать для сравнения с идеальными циклами, а также для определения работы, совершаемой над газом во время сжатия, путем оценки площади под кривой сжатия и работы, выполняемой расширением газ, оценив площадь, измеренную в м ² под кривой расширения.

Таким образом, чистая работа, совершаемая воздухом за один цикл, определяется площадью под замкнутым контуром на диаграмме p-V. Если проделанную работу разделить на время одного цикла, указанная мощность получается, как показано в уравнении ниже, где n _с — количество циклов в секунду, n _{цилиндров} i с — количество циклов в секунду. цилиндры в двигателе. P _i – указанная мощность, развиваемая при сгорании топлива в камере сгорания.

Часть химической энергии будет потеряна из-за трения, поэтому выходная мощность двигателя будет меньше указанной мощности. Следовательно, выходная мощность P _из равна указанной мощности P _i за вычетом силы трения P _f , как показано ниже.

Кроме того, выходная мощность P _out также может быть рассчитана с использованием крутящего момента выходного вала T и угловой скорости ω . Следовательно, максимальная мощность — это входная мощность, полученная за счет химической энергии топлива.

Это можно рассчитать по приведенным формулам, где P _в – потребляемая мощность, полученная из подводимой химической энергии, m _f – расход топлива, а c _f – теплотворная способность топлива.

Теоретический КПД идеального цикла можно найти с помощью приведенного ниже уравнения, где η — общий КПД, r _n — степень сжатия. Тепловой η _th и механический КПД η _m также можно найти с помощью приведенных ниже уравнений. Эффективность зависит от нагрузки на двигатель.

Найдите теоретический КПД двигателя, если степень сжатия равна 1,85.

Решение:

Используя уравнение теоретического КПД и подставляя коэффициент сжатия, получаем.

Найдите указанную мощность шестицилиндрового двигателя, площадь под кривой равна 200, двигатель совершает 5 циклов в секунду.

Решение :

Используя указанное уравнение мощности подставляем Площадь под кривую p-v, получаем количество цилиндров и циклов в секунду.

Циклы двигателя — основные выводы

• Четыре ступени завершают один рабочий цикл в двигателе внутреннего сгорания.