Принцип работы четырехтактного дизельного двигателя: 4ех тактный дизельный двигатель внутреннего сгорания

Принцип работы дизельного двигателя. — Автомастер

Принцип работы дизельного двигателя.

Подробности

Принцип работы дизельного двигателя немного отличается от принципа работы бензинового. Отличие это состоит в том, что смесеобразование происходит уже внутри самого цилиндра, у бензинового же двигателя приготовление смеси происходит снаружи. В цилиндр она подается уже готовой. Существенным отличием является воспламенение рабочей смеси. В бензиновом двигателе воспламенение происходит от свечи зажигания, а в дизельном происходит самовоспламенение.

Теперь разберем рабочие циклы четырехтактного дизельного двигателя:
1. Такт впуска.
   Рис 1 – Такт впуска.

   1 – впускной клапан. 2 – выпускной клапан. 3 – топливная форсунка.

   За первый такт, поршень перемещается от верхней мертвой точки ВМТ к нижней НМТ. Впускной клапан 1 открыт, выпускной 2 закрыт. За счет создаваемого разрежения в цилиндре, вовнутрь устремляется порция воздуха.
2. Такт сжатия.

   Рис 2 — Такт сжатия.

   На этом этапе, оба клапана как впускной, так и выпускной закрыты. Поршень перемещается из НМТ в ВМТ, сжимая воздух. Давление в камере достигает 5 МПа, а температура воздуха за счет сжатия возрастает до 700 градусов Цельсия.
3. Такт расширения или рабочий ход.

   Рис 3 — Такт расширение. Рабочий ход.

   При достижении поршнем верхней мертвой точки (при максимальном давлении в цилиндре), через форсунку, под высоким давлением, создаваемым топливным насосом закачивается порция топлива. Форсунка распыляет топливо, которое смешиваясь с горячим воздухом самовоспламеняется. В результате горения, температура в камере резко повышается до 1800 градусов Цельсия, вместе с ней в разы увеличивается и давление 11 МПа. Поршень, передвигаясь от верхней мертвой точки к нижней мертвой точки, совершает полезную работу. В конце такта температура падает до 700 — 800 градусов, давление снижается до 0.3 – 0.5 МПа.
4. Такт выпуска.

   Рис 4 – Такт выпуска.

   Выпускной клапан 2 открывается, и поршень выталкивает отработанные газы. Температура и давление опускаются до 500 градусов и 0.1 МПа.

Далее рабочие циклы повторяются.

Подробнее об устройстве и осбеностях конструкции дизельных двигателей.

Рабочий цикл четырехтактного дизельного двигателя

Категория:

   Автомобили и трактора

Публикация:

   Рабочий цикл четырехтактного дизельного двигателя

Читать далее:

Рабочий цикл четырехтактного дизельного двигателя

Рабочий цикл четырехтактного дизельного двигателя проходит в той же последовательности, что и цикл четырехтактного карбюраторного двигателя. Отличие заключается в характере протекания рабочего цикла, в способе смесеобразования и воспламенения топлива.

Такт впуска. При движении поршня вниз через впускной трубопровод и открытое отверстие впускного клапана и цилиндр поступает чистый воздух. Отсутствие карбюратора уменьшает гидравлические сопротивления и несколько повышает давление в конце впуска (0,09-0,95 ЛШа), а температура воздуха составляет 50-80 С°.

Такт сжатия. Поршень движется от НМТ к ВМТ, впускной и выпускной клапаны закрыты. Поршень сжимает воздух, заполнивший цилиндр. Вследствие большой степени сжатия (е 14—20) давление конца сжатия достигает 4…..5 МПа, а температура 500-700 С°. Такое повышение температуры и давления необходимо для воспламенения топлива, впрыскиваемого в цилиндр двигателя в конце такта сжатия насосом высокого давления через форсунку.

Рекламные предложения на основе ваших интересов:

Такт расширения. В конце такта сжатия, когда поршень еще не дойдет до ВМТ на 15—30° по углу поворота коленчатого вала, насос высокого давления через форсунку впрыскивает дизельное топливо под большим давлением 15—18 МПа. Давление впрыска топлива должно значительно превышать давление воздуха, сжатого в камере сгорания для обеспечения более тонкого рас-пыливания топлива и распределения его по всему объему воздуха, сосредоточенного в камере сгорания.

Струя топлива при выходе из распиливающих отверстий сопла форсунки под действием высокого давления приобретает огромную скорость и, пронизывая массу сжатого воздуха, дробится на мелко распыленные частицы (диаметром 0,002…….0,005 мм). Продолжительность впрыска составляет 6—30 угла поворота коленчатого вала двигателя. Распыленное топливо под воздействием высокой температуры сжатого воздуха воспламеняется и быстро сгорает. Поршень под действием газов перемещается от ВМТ к НМТ, т. е. совершает механическую работу.

Давление газов в конце сгорания достигает -8 МПа, а температура 1800— 2000 С. К концу такта расширения давление в цилиндре падает до 0,3— 0,4 МПа, а температура до 700—800 С°.

Такт выпуска. При этом такте выпускной клапан открыт. Поршень движется от НМТ к ВМТ и через открытый выпускной клапан и выпускной трубопровод из цилиндра удаляются отработавшие газы. Давление выпуска равно 0,105—0,11 МПа, а температура 600—700 С°.

При дальнейшем вращении коленчатого вала двигателя все перечисленные такты повторяются в такой же последовательности.

Четырехтактные дизельные двигатели в настоящее время получили преимущественное распространение на тракторах и автомобилях большой грузоподъемности.

Рекламные предложения:

Читать далее: Рабочий цикл двухтактного карбюраторного двигателя

Категория: — Автомобили и трактора

Главная → Справочник → Статьи → Форум

Рабочий цикл четырёхтактного дизельного двигателя

Рассмотрим назначение и условия протекания каждого такта в цилиндре дизельного двигателя.
 

Рабочий цикл одноцилиндрового дизельного двигателя

Первый такт — впуск (рис. выше) — заполнение цилиндра воздухом, кислород которого обеспечивает сгорание топлива. Чем больше воздуха поступит в цилиндр во время впуска, тем большее количество топлива можно сжечь в нем и тем выше будет давление на поршень при рабочем ходе.

При первом такте впускной клапан открыт, а выпускной — закрыт. Воздух, поступающий в цилиндр, нагревается от деталей работающего двигателя и остаточных газов до температуры 30—50° С, поэтому его плотность уменьшается. Кроме того, при движении он встречает сопротивление в каналах двигателя. По этим причинам давление воздуха во время впуска находится в пределах 0,8— 0,95 кгс/см2 и в цилиндр попадает его меньше, чем могло бы вместиться при нормальной плотности и отсутствии сопротивления движению.

Второй такт — сжатие — воздух, заполнивший цилиндр, нагревается до температуры самовоспламенения заряда топлива. Поршень перемещается в верхнее положение, от которого начинается следующий такт — рабочий ход.

Оба клапана закрыты. Под действием поршня воздух вытесняется из рабочего объема цилиндра в камеру сгорания, сжимается в 14—18 раз (степень сжатия е = 14—18) и при этом нагревается. К концу такта давление воздуха повышается до 35—40 кгс/см2, а температура возрастает до 600—650° С.

Третий такт — расширение (рабочий ход)—тепловая энергия сжигаемого топлива преобразуется в механическую работу. Перед началом рабочего хода в сжатый горячий воздух из форсунки впрыскивается топливо в виде струи, состоящей из мельчайших капелек. Смешиваясь с воздухом и испаряясь в нем, топливо быстро воспламеняется и сгорает. При этом температура образовавшихся газов достигает 1800—2000°С и давление горячих газов, заключенных в камере сгорания, увеличивается до 60—90 кгс/см2. Под действием этого давления поршень перемещается вниз, поворачивая коленчатый вал с маховиком. По мере расширения газов давление на поршень снижается, температура падает. В конце рабочего хода давление в цилиндре не превышает 5 кгс/см2, а температура газов — 900—1200° С.

Четвертый такт — выпуск — цилиндр освобождается от отработавших газов, поршень переводится в исходное положение для последующего такта — впуска. Впускной клапан закрыт, а выпуской открыт. Давление в конце такта выпуска снижается до 1,05 кгс/см2, а температура — до 600—700° С.

Четырехтактный двигатель, устройство и принцип работы

ᐉ Принцип работы четырехтактного дизельного двигателя Четырехтактный двигатель, устройство и принцип работы Рабочим циклом двигателя называется периодически

Первый такт — впуск.

Поршень перемещается от ВМТ к НМТ, через открытый впускной клапан в цилиндр поступает очищенный воздух (из-за разрежения, создаваемого поршнем). Воздух перемешивается с небольшим количеством оставшихся от предыдущего цикла отработавших газов, температура повышается и в конце такта впуска достигает 300—320 К, а давление  0.08—0.09 МПа. Коэффициент наполнения цилиндра 0,9 и выше, т. е. больше, чем у карбюраторного двигателя.

Устройство двигателя

Дизельный двигатель состоит из следующих основных систем и механизмов:
— кривошипно-шатунный механизм;
— газораспределительный механизм;
— система пуска;
— система питания;

— система охлаждения;
— смазочная система.

Принцип работы такого мотора следующий: в цилиндрах сгорает топливо, выделяя энергию, которая приводит в движение поршень, связанный шатуном с коленчатым валом. Под давлением поршня вал прокручивается, передавая крутящий момент дальше по трансмиссии к ведущим колесам. Системы двигателя отвечают за пуск двигателя, подачу топлива, охлаждение и смазку рабочих поверхностей.

Дизельные двигатели могут быть 2-х и 4-тактными. И первые, и вторые успешно используются в тех или иных сферах и имеют свои плюсы и минусы. Преимуществами 4-хтактных двигателей являются:
— экономичность;
— надежность;
— несложное техническое обслуживание;

— сравнительно невысокий уровень шума при работе.

Недостатки 4-хтактных моторов:
— 3 из 4-х тактов цикла совершаются по инерции, а рабочим является только один из них;
— резкие увеличения нагрузки во время рабочего такта требуют наличия более надежных и прочных элементов: шатуна, втулки цилиндра, поршня и т.д.;
— необходимость регулировки тепловых зазоров;
— запускается дольше, чем 2-хтактный.

Виды двигателей внутреннего сгорания

В зависимости от типа потребляемого топлива двигатели внутреннего сгорания (ДВС) различают по видам:

1. Карбюраторный бензиновый движок.
2. Дизельный мотор.
3. Газовый двигатель.

Карбюраторные силовые агрегаты работают на бензине, используя принудительное зажигание. Принцип работы карбюраторных моторов: топливо в расчетных количествах поступает в рабочий цилиндр после смешивания его с воздушными массами.

Дизели работают на дизельном топливе. Принцип работы: при помощи форсунок подаваемое дизельное топливо обогащается воздухом непосредственно в цилиндрах.

Газовый двигатель внутреннего сгорания использует пропано-бутановый газ. Принцип работы газового мотора состоит в предварительном смешивании газа с кислородом перед подачей его в цилиндр.

История четырехтактного двигателя

Началом истории самого популярного ДВС считаются 70-е годы 19 века, тогда первую рабочую модель такого мотора представил немецкий инженер и предприниматель Николаус Отто. Его работы были основаны на трудах предшественников, пытавшихся найти альтернативу паровой машине.

В начале 19 века французский изобретатель Филипп Лебон создал агрегат, в котором благодаря его же открытиям, горючая смесь загоралась в цилиндре двигателя, а не в топке. В середине века в Бельгии был создан двухтактный двигатель внутреннего сгорания, который затем усовершенствовал Отто. Его четырехтактный движок обладал более высоким КПД, был экономичней и не превосходил предшественника по размерам.

Отто не оценил перспектив своего изобретения, и не прислушался к своему сотруднику – Готлибу Даймлеру, который предложил создать на основе четырехтактного двигателя автомобиль. Даймлер ушел из команды Отто и через несколько лет такой автомобиль все-таки создал. Попутно добавил в него несколько своих идей. Например – вставил в цилиндры трубки накаливания.
Во второй половине 19 века был изобретен карбюратор, а конце века к нему добавили форсунку.

С тех пор кардинально четырехтактный ДВС переделывать не пришлось. Основная сфера современных изобретений – газораспределительная система, конструктивные модификации – OHV, SV или OHC (аббревиатуры означают расположение клапанов и распредвала), а также варианты системы смазки («сухой» картер).

Устройство и принцип работы четырёхтактного двигателя и двухтактного двигателя

Рабочий цикл четырёхтактного двигателя состоит из четырёх основных этапов — тактов. 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. Пoршень снабжен металлическим стержнем — пальцем, соединение с шатуном. Шатун передаёт прямолинейное возвратно-поступательное движение поршня во вращательное движение коленчатого вала.

Устройство четырехтактного ДВС

Современный двигатель по сути не отличается от прототипов, поэтому проще всего его функционирование показать на примере одноцилиндрового ДВС.

Конструктивно он состоит из:

• Цилиндра.
• Поршня.
• Клапанов впуска и выпуска.
• Свечи зажигания.
• Коленчатого вала.
• Шатуна.

Работа четырехтактного одноцилиндрового дизельного  двигателя:

а — впуск воздуха; б — сжатие; в — рабочий ход; г – выпуск отработавших газов; 1— цилиндр; 2 — топливный насос, 3 — поршень: 4 — форсунка, 5 — впускной клапан, 6 — выпускной клапан

Принцип работы

Схема работы четырехтактного двигателя; заполнить цилиндр горючей смесью (первый такт), сжать ее (второй), поджечь и расширить ее, толкнув поршень (третий), выпустить отработанный газ (четвертый).

Камера сгорания топливной смеси

Разные модели дизельных двигателей отличаются между собой строением. Одной из немаловажных особенностей является конструкция камеры сгорания. Камера сгорания – пространство, где происходит непосредственно сгорание топлива.

Неразделенная камера расположена в самой конструкции поршня или над ним, топливо на такте впуска попадает в нее, где и воспламеняется при контакте с горячим воздухом. Это наиболее простой вариант, который, к тому же, снижает расход топлива, но сам двигатель при этом работает очень громко.

Другой вариант – разделенная камера, то есть камера, которая расположена не в цилиндре, а на входе к нему и связана с ними каналом. Топливо подается в камеру, где перемешивается с вихревым потоком воздуха, что лучше распределяет его капли по объему камеры сгорания и способствует полному его сгоранию. Такой вариант подходит для небольших установок и легковых автомобилей, но он значительно увеличивает расход топлива.

Исходя из конструкции поршня и камеры сгорания, различают разные способы смесеобразования в дизельных ДВС:

— объемное смесеобразование – самый простой вариант. Камера сгорания представляет собой пространство между поршнем, стенками и головкой цилиндров. Топливо впрыскивается под давлением через распылители форсунок. Здесь важно, чтобы капли топлива равномерно распределились по всему объему и тщательно перемешались с горячим воздухом, поэтому в камере сгорания должен быть организован вихреобразный поток топливного заряда, а само топливо должно подаваться под высоким давлением;

— объемно-пленочное смесеобразование используется в высокооборотных двигателях с небольшим диаметром цилиндров. Это как раз тот случай, когда камера сгорания частично размещена в конструкции поршня. В двигателях отечественного производства такие камеры имеют форму усеченного конуса. При впрыскивании заряда топливо попадает на поверхность камеры сгорания, образуя «пленку», после чего практически сразу испаряется. Вихревые потоки, образующиеся под воздействием перемещения поршня, дают возможность равномерно распределить капли топлива по всему объему;

— предкамерное смесеобразование предусматривает наличие предкамеры, расположенной в крышке цилиндров. Она соединяется с основной камерой сгорания небольшими каналами с диаметрами не более 1% от диаметра поршня. Объем предкамеры составляет до 30% общего объема камер. По форме она может быть овальной, цилиндрической или сферической;

— вихрекамерное смесеобразование происходит за счет вихревых потоков воздуха, что дает возможность максимально смешать топливный заряд с воздухом даже при невысоком давлении его подачи в камеру сгорания. Для такого смесеобразования необходима раздельная камера, состоящая из двух частей: вихревой и основной. На такте сжатия воздух из основной камеры вытесняется в вихревую, которая имеет сферическую или цилиндрическую форму. Поток воздуха создает вихревые движения, двигаясь по кругу, а в это время из форсунки под давлением до 12 МПа подается заряд топлива. Поскольку воздушная волна находится в движении, капли равномерно распределяются по всему ее объему.

История создания

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.

Недостатки четырёхтактных двигателей:

Все холостые ходы (впуск, сжатие, выпуск) совершаются за счёт кинетической энергии, запасённой кривошипно-шатунным механизмом и связанными с ним деталями во время рабочего хода, в процессе которого химическая энергия топлива превращается в механическую энергию движущихся частей двигателя. Поскольку сгорание происходит в доли секунд, то оно сопровождается быстрым увеличением нагрузки на крышку (головку) цилиндра, поршень и другие детали двигателя внутреннего сгорания. Наличие такой нагрузки неизбежно приводит к необходимости увеличить массу движущихся деталей (для повышения прочности), что в свою очередь сопровождается ростом инерционных нагрузок на движущиеся детали.

Уступают по мощности двухтактным.

К незначительным недостаткам, которые с лихвой окупаются достоинствами, можно отнести работы по регулировке теплового зазора клапанов и время разгона с места, которое несколько больше, чем у двухтактных.
Специализированное, мощное оборудование для ремонта и обслуживания. Четырехтактные ДВС имеют большие размеры, их детали более объёмны, сложны. Для осуществления ремонта таких двигателей, необходимо использовать тяжелое гаражное оборудование: стенды-кантователи, стенды для ремонта ДВС, кран-манипулятор и т.д.

Компановка двигателя

4-хтактные дизельные двигатели отличаются не только строением камеры сгорания, но и количеством цилиндров и их взаимным расположением. Понятно, что чем больше цилиндров, тем мощнее двигатель и тем он больше по размерам. Разные варианты компоновки позволяют уменьшить его габариты. В зависимости от расположения цилиндров двигатели могут быть:

1. Рядный.

Все цилиндры располагаются в ряд. Такая конструкция двигателей самая простая, детали к ним имеют несложную технологию производства.

2. V- образный двигатель.
Цилиндры в таком двигателе расставлены в форме буквы V, в двух плоскостях, двумя рядами под углом 600 или 900. Образовавшийся между ними угол – это угол развала. Плюсом такого двигателя является мощность. Его габариты могут быть уменьшены за счет смещения в развал других важных компонентов. Его длина меньше, а ширина больше. Но из-за сложности таких конструкций бывает непросто определить центр их тяжести.

3. Оппозитные двигатели (маркировка В).
Они относительно уравновешены, для уменьшения вибрации все элементы располагают симметрично. Их конструктивная особенность – центральное крепление вала на жестком блоке. Это так же влияет на степень вибрации. Угол развала составляет 1800.

4. Рядно-смещенные агрегаты (маркировки VR).
Данную компоновку отличает малый угол развала (150) V-образного двигателя в содружестве с рядным аналогом. Это позволяет уменьшить размеры продольного и поперечного агрегатов. Маркировка VR расшифровывается как V – образный, R — рядный.

5. W (или дубль V) — образный.
Самый сложный двигатель. Известен двумя видами компоновки.
1) Три ряда, угол развала большой.
2) Две компоновки VR. Они компактны, несмотря на большое количество цилиндров.

6. Радиальный (звездообразный) поршневой двигатель.
Имеет небольшой размер длины с плотным размещение нескольких штук цилиндров. Они располагаются вокруг коленчатого вала радиальными лучами с равными углами. Ее отличает от других наличие кривошипно-шатунного механизма. В данной конструкции один цилиндр выступает главным, остальные – прицепные – крепятся к первому по периферии. Недостаток: в состоянии покоя нижние цилиндры могут пострадать от протекания масла. Рекомендуют до начала запуска двигателя проверить, что в нижних цилиндрах масло отсутствует. В противном случае возможны гидроудар и поломка. Чтобы увеличить размер и мощность двигателя, достаточно удлинить коленчатый вал образованием нескольких рядов – звезд.

Преимущества четырёхтактных двигателей:

-экономичность расхода топлива;
-надежность;
-простота обслуживания;
-четырехтактный двигатель работает тише и устойчивей.

В отличие от двухтактного двигателя, в котором смазка коленвала, подшипников коленвала, компрессионных колец, поршня, пальца поршня и цилиндра осуществляется благодаря добавлению масла в топливо; коленвал четырехтактного двигателя находится в масляной ванне. Благодаря этому нет необходимости смешивать бензин с маслом или доливать масло в специальный бачок. Достаточно залить чистый бензин в топливный бак и можно ехать, при этом отпадает необходимость покупки специального масла для 2-тактных двигателей.

Так же на зеркале поршня и стенках глушителя и выхлопной трубы образуется значительно меньше нагара. К тому же, в 2-тактном двигателе происходит выброс топливной смеси в выхлопную трубу, что объясняется его конструкцией.

Статьи по теме:
1. Устройство и принцип действия двухтактного двигателя внутреннего сгорания;
2. Роторные двигатели с послойным распределением заряда;
3. Недымящий двигатель Кушуля;
4.Роторный двигатель внутреннего сгорания Лаптевых;
5. Дизельный двигатель — поршневой двигатель внутреннего сгорания, работающий от воспламенения распыленного топлива.

Понижающие редукторы для четырехтактных двигателей

Понижающий редуктор – устройство, которое должно понижать скорость с высокой с низким крутящим моментом до низкой с высоким крутящим моментом. Особенно они актуальны для сельскохозяйственной и садовой техники.

Среди самых популярных брендов, которые производят такие двигатели, обычно мощностью порядка 15лс – японская «Хонда» и китайский «Лифан» (есть модели с вариатором, автоматическим сцеплением). Также популярен американский производитель Briggs & Stratton, его двигатели используются в газонокосилках (бензотриммерах). Среди популярных двигателей с редукторами – «Чемпион» и его аналог, «Патриот Гарден».

ВАЖНО! Редукторы делятся на два типа: разборные и неразборные. Их действие одинаково. Второй вариант дешевле, но если возникнет неисправность, потребуется его замена. Разборный дороже, но в случае необходимости надо заменять только поломавшуюся запчасть. Обычно он ставится на сопоставимую по стоимости технику.

Двухтактный ДВС его конструктивные особенности и описание принципа работы

Давайте теперь глянем, в чем отличие двух тактных моторов. Во-первых, они имеют простую конструкцию. Их легко разобрать на коленке, поменять детали и собрать обратно.

Принцип работы двух тактного двигателя таков:

1. В момент впуска поршень движется вниз, выполняется два действия. Поступление и сжатие смесию
2. В момент выпуска, поршень движется вверх. Происходит возгорание смеси и ее выход через выпускной клапан.

Каждое действие из цикла Отто происходит в момент отдельного полуоборота коленвала. Поэтому считается, что двух тактные двигатели мощнее, чем четырех тактные.

Зажигание смеси также происходит при каждом обороте вала. А сама горюче-смазочная смесь должна быть уже наполнена маслом. В двух тактном моторе нет места, где бы смесь могла смешиваться с бензином или дизелем.

Похожая статья Характеристики и проблемы 646 двигателя Мерседес

Поэтому автовладельцы приходится самому смешивать бензин и масло и заливать полученное вещество в бак.

Четырехтактный двигатель одноцилиндровый — принцип работы и устройство

В настоящее время, двигатели внутреннего сгорания применяются в большом количестве различных технических средств, причем, данными средствами являются не только автомобили. Такой род двигателей, как и двухтактный ДВС, применяется и в мототехнике и в специализированных устройствах, предназначенных для строительства, например, бензопила. Данные агрегаты представлены 4 тактными ДВС, имеющие по одному цилиндру, а не как в современном автомобиле – по четыре. В этой статье вы узнаете, как устроен одноцилиндровый четырехтактный двигатель, его принцип работы и ремонт.

Принцип работы одноцилиндрового четырехтактного двигателя

Устройство одноцилиндрового ДВС: 1 – головка цилиндра; 2 – цилиндр; 3 – поршень; 4 – поршневые кольца; 5 – поршневой палец; 6 – шатун; 7 – коленчатый вал; 8 – маховик; 9 – кривошип; 10 – распределительный вал; 11 – кулачок распределительного вала; 12 – рычаг; 13 – впускной клапан; 14 – свеча зажигания

 

Данные двигатели получили широкое распространение даже в автомобилях. Несмотря на малое количество цилиндров, они имеют довольное малое отношение площади рабочей части цилиндра ко всему рабочему объему двигателя. Это преимущество говорит о том, что такой мотор имеет минимальные потери самое главной — тепловой энергии, а значит, обладает высоким коэффициентом полезного действия.

Устройство такого двигателя практически не представляет собой ничего сложного, в отличии от современных атмосферных и турбированных моторов. Он представлен всего одним цилиндром, во внутренней части которого перемещается такой же поршень, как и во многоцилиндровых автомобильных двигателях. В верхней части камеры сгорания располагаются два клапана, которые отвечают за подачу топливной смеси, а второй за выпуск отработавших газов.

Работа данного двигателя заключается в следующем. Всего такой мотор имеет четыре такта:

• Впуск. Поршень внутри цилиндра располагается в самой верхней мертвой точке и движется вниз в строгом соответствии с поворотом коленчатого вала на 180 градусов. Пока поршень движется вниз, открывается, клапан, отвечающий за подачу топливной смеси, и в камеру сгорания подается топливо, смешанное с воздухом. После достижения поршнем самой нижней мертвой точки начинается следующий такт.
• Сжатие. Во время этого такта задача поршня – вернуться в верхнюю мертвую точку. Коленчатый вал вращается дальше, еще на 180 градусов, при этом: впускной клапан полностью закрывается, а поршень движется наверх, сжимая уже готовую смесь.
• Рабочий ход. Как только поршень достигнет самой верхней мертвой точки, в камере сгорания смесь будет сжата до критической отметки. В этот самый момент на электродах свечи зажигания при помощи ряда устройств возникает искра, которая воспламеняет топливовоздушную смесь. С этого момент начинается такт расширения, или как его называют по-другому – рабочего хода. Поршень, под действием энергии, возникшей от воспламенения смеси, движется снова вниз, заставляя вращаться коленчатый вал. Клапана находятся в закрытом состоянии.
• Такт выпуска. После достижения нижней мертвой точки, поршень снова движется вверх под действием силы инерции, передаваемой от коленчатого вала. В этот момент открывается выпускной клапан и под давлением через него во впускной коллектор выходят отработавшие газы. Такт завершается после закрытия выпускного клапана и после того, как поршень окажется в верхней точке. Далее цикл тактов повторяется.

Основным тактом любого двигателя является рабочий ход. Именно в этот момент происходит самое главное – преобразование энергии тепла в механическую энергию.

Частые неисправности 4-х тактных ДВС

Чтобы изучать особенности ремонта двигателей такого типа, необходимо кое-что знать о его основных проблемах. А он имеет всего одну проблему – это высокая температура. Так как потери тепла стали минимальными, трущиеся детали стали уязвимее к механическим нагрузкам, а значит, нуждаются в качественном охлаждении. Дело в том, что основная жидкость, которая на максимальном уровне контактирует с этими деталями – масло, не может обеспечить должного отвода тепла. Поэтому для такого мотора разрабатываются две системы охлаждения: воздушная и жидкостная со специальной системой термостатов.

 

Ремонт такого двигателя можно выполнить своими силами. Для этого нужен минимум знаний и стандартный набор инструментов. Если в процессе эксплуатации наблюдаются различные стуки, которые доносятся из головки блока цилиндров, то клапанный механизм нуждается в регулировке. Все регулировки производятся при снятом двигателе и демонтированной клапанной крышке. Кроме того, необходимо снять специальную крышку на генераторе, под которой расположена гайка. Вращая эту гайку, мы вращаем коленчатый вал, для установки поршня в верхнюю мертвую точку. Чтобы определить этот момент, необходимо довести до совмещения специальные метки на роторе. После этого, под кулачки распределительного вала устанавливают измерительные щупы и замеряют тепловые зазоры клапанов. Выполнять данную процедуру нужно, естественно, на холодном двигателе, иначе результат регулировки будет не правильным.

После этого, мотор необходимо собрать и проверить. Его устанавливают на агрегат и запускают. Если он работает ровно без шумов, то регулировка клапанов прошла успешно.

Вот и все. Вот так легко можно произвести ремонт одноцилиндрового четырехтактного двигателя своими руками без помощи мастеров автосервиса. Это поможет вам хорошо сэкономить на их услугах и даст вам бесценный опыт.

Рабочий цикл двигателя: что это такое

Существует несколько различных типов двигателей, при этом на колесном, гусеничном, водном и даже иногда воздушном транспорте  (грузовые и легковые авто,  спецтехника, моторные  лодки, самолеты и т.п.), нередко можно встретить двигатель внутреннего сгорания (ДВС).

Так или иначе, широкое распространение силовой агрегат данного типа получил благодаря своей автономности, универсальности, а также целому ряду других преимуществ. При этом агрегаты имеют много различных параметров и характеристик, среди которых стоит отдельно выделить рабочий цикл.  Далее мы поговорим о том,  что означает рабочий цикл автомобильного двигателя внутреннего сгорания.

Содержание статьи

Рабочий цикл ДВС: что нужно знать

Если рассматривать принцип работы двигателя внутреннего сгорания, топливо в таких агрегатах сгорает в закрытой камере (камера сгорания), куда подается готовая топливно-воздушная смесь или воздух и топливо по отдельности (дизельные агрегаты и моторы с прямым впрыском).

Работа такого мотора основана на том, что во время сгорания топлива происходит расширение газов.  Указанные газы становятся причиной роста давления в цилиндре, благодаря чему поршень получает «толчок». Затем энергия, переданная на поршень, преобразуется в механическую работу.  Давайте рассмотрим принцип работы двигателя, а также рабочие циклы более подробно.

Итак, рабочий  цикл двигателя – последовательно повторяющиеся процессы, которые протекают в цилиндрах в рамках трансформации тепловой энергии топлива в полезную механическую работу. Если  один рабочий цикл совершается за 2 хода поршня, когда коленчатый вал делает один оборот, такой двигатель является двухтактным.

Двигатели, которые устанавливаются на автомобили, обычно работают по четырехтактному циклу (четырехтактный двигатель). Это значит, рабочий цикл совершается за два оборота коленвала и четыре хода поршня. Работу такого ДВС можно разделить на такты: такт впуска, такт сжатия, такт рабочего хода, такт выпуска.

Как работает четырехтактный бензиновый двигатель

Чтобы было понятнее, начнем с того, что когда поршень в цилиндре во время работы  ДВС начинает занимать крайние положения (максимально приближен или удален по отношению к оси коленчатого вала), эти положения принято называть ВМТ и НМТ. ВМТ означает верхняя мертвая точка, тогда как НМТ значит нижняя мертвая точка.  Теперь вернемся к тактам.

• На такте впуска коленчатый вал двигателя делает первую половину оборота, при этом поршень из ВМТ движется в НМТ. В этот момент  открыт впускной клапан, а выпускной клапан закрыт. При движении поршня вниз в цилиндре образуется разрежение, в результате чего  в цилиндр «засасывается» топливно-воздушная смесь через открытый впускной клапан. Рабочая смесь состоит из воздуха и распыленного топлива (в некоторых двигателях на такте впуска поступает только воздух).
• Следующим тактом является сжатие. После того, как произойдет наполнение цилиндра топливно-воздушной смесью, коленвал начинает совершать вторую половину оборота.  В этот момент поршень начинает подниматься из НМТ в ВМТ. При этом впускной клапан уже закрыт. Далее поршень сжимает смесь в герметично закрытом цилиндре. Чем больше уменьшается объем цилиндра, тем сильнее сжимается смесь. Результатом такого сжатия является повышение температуры смеси.
• К тому времени, когда поршень подойдет к концу такта сжатия (практически дойдет до ВМТ), смесь в бензиновых двигателях воспламеняется от внешнего источника (электрическая искра на свече зажигания). Затем топливный заряд сгорает, в результате в цилиндре резко повышается температура и давление. В этот момент  поршень уже перемещается обратно из ВМТ в нижнюю  мертвую точку, принимая на себя энергию расширяющихся газов.

Далее от поршня через шатун энергия передается на КШМ, позволяя вращать коленчатый вал двигателя. Коленвал в это время делает третий по счету полуоборот, а движение поршня из ВМТ в НМТ называется рабочим ходом поршня.

• После того, как поршень почти дойдет до НМТ в конце рабочего хода, происходит  открытие выпускного клапана. После этого давление в цилиндре снижается,  несколько падает и температура. Затем начинается такт выпуска.  В это время коленчатый вал совершает последний полуоборот, при этом поршень снова поднимается из НМТ в ВМТ, буквально «выталкивая» отработавшие газы из цилиндра через открытый выпускной клапан в выпускной коллектор.

Работа четырехтактного дизельного ДВС

Хотя дизель конструктивно похож на бензиновый мотор, в дизельных двигателях изначально сжимается только воздух, после чего прямо в камеру сгорания впрыскивается дизтопливо. При этом  воспламенение такой смеси происходит самостоятельно (под большим давлением, а также в результате контакта с нагретым от сильного сжатия воздухом).

Простыми словами, воздух сначала сжимается и нагревается, в среднем,  до 650 градусов по Цельсию. В самом конце такта сжатия в камеру сгорания топливная форсунка впрыскивает солярку, затем смесь дизтоплива и воздуха самовоспламеняется.

С учетом данной особенности на такте впуска (поршень движется из ВМТ в НМТ), за счет разряжения в цилиндр подается воздух через  открытый впускной клапан. Давление и температура воздуха в этот момент имеют низкие показатели.

Затем начинается сжатие, поршень поднимается из НМТ в верхнюю мертвую точку. Как и в случае с бензиновым мотором, впускной и выпускной клапаны  полностью закрыты, что позволяет поршню  сильно сжать воздух.

Обратите внимание, для дизельного двигателя очень важно, чтобы температура сжатого воздуха была достаточной для воспламенения топлива. По этой причине степень сжатия в дизельных ДВС намного выше, чем в бензиновых.  Далее, когда поршень практически доходит до ВМТ, происходит топливный впрыск (момент впрыска дизельного двигателя).

Если учесть, что давление воздуха в цилиндре высокое (необходимо для его нагрева), дизельное топливо в момент впрыска должно также подаваться под  очень высоким давлением. Фактически, форсунке нужно «продавить» солярку в камеру сгорания, в которой уже находится сильно сжатый поршнем и горячий воздух.

Для решения этой задачи многие системы питания дизельного двигателя имеют ТНВД (топливный насос высокого давления). Также в схеме могут быть использованы насос-форсунки (форсунка и насос объединены в одно устройство). Еще существуют варианты, когда питание  двигателя реализовано при помощи так называемого «аккумулятора» высокого давления. Речь идет о системах Common Rail.

Рекомендуем также прочитать статью о том, что такое крутящий момент и мощность двигателя. Из этой статьи вы подробно узнаете о данных характеристиках, в чем измеряется мощность и момент двигателя, как эти показатели зависят друг от друга и т.д.

После воспламенения заряда происходит расширение газов и начинается рабочий ход поршня. Температура в  результате горения смеси  повышается, происходит увеличение давления. Указанное давление газов  «толкает» поршень, происходит рабочий ход. Завершающим этапом становится выпуск, когда поршень после совершения рабочего хода снова поднимается из НМТ в ВМТ.  Затем весь описанный выше процесс (рабочий цикл двигателя) повторяется.

Синхронная работа нескольких цилиндров

Выше были описан принцип работы ДВС, при этом рассматривались процессы в одном цилиндре. Однако, как известно, большинство двигателей являются многоцилиндровыми. Для того чтобы добиться ровной и синхронной работы всех цилиндров,  рабочий ход поршня в каждом отдельном цилиндре должен происходить через  равный промежуток времени (одинаковые углы поворота коленвала).

При  этом последовательность, с которой чередуются  одинаковые такты в разных цилиндрах, принято называть  порядком работы ДВС (например, 1-2-4-3). На практике это выглядит таким образом, что после рабочего хода в цилиндре 1, далее рабочий ход происходит во втором, четвертом, а уже затем в третьем цилиндре.

В зависимости от компоновки двигателя и его конструктивных особенностей последовательность (порядок работы) может быть разной. Дело в том, что двигатели бывают не только рядными, но и V-образными.

Рекомендуем также прочитать статью о КПД дизельного двигателя. Из этой статьи вы узнаете о данном параметре и от чего зависит КПД, а также почему дизельные моторы имеют КПД выше по сравнению с бензиновыми ДВС.

Во втором случае такая компоновка позволяет разместить цилиндры под углом, при этом становится возможным увеличить общее количество цилиндров без увеличения самой длины блока цилиндра двигателя. Такое решение позволяет разместить мощный многоцилиндровый ДВС под капотом не только большого внедорожника или грузовика, но и легкового авто.

Читайте также

Принцип действия дизельных двигателей. Индикаторные и круговые диаграммы

Дизелем называют ДВС с внутренним смесеобразованием, в котором тяжелое жидкое топливо, вводимое в распыленном состоянии в цилиндр в конце хода сжатия, самостоятельно воспламеняется в горячем сжатом воздухе. Основными понятиями, относящимися ко всем дизельным двигателям, являются (рис. 17):

• верхняя мертвая точка (ВМТ) – положение поршня, при котором он наиболее удален от оси коленчатого вала;
• нижняя мертвая точка (НМТ) – положение поршня наиболее близкое к оси коленчатого вала;
• ход поршня S , [м] – расстояние между ВМТ и НМТ: S = 2R ;
• рабочий объем цилиндра VS , [м3] – объем, описываемый поршнем при движении между ВМТ и НМТ :
• объем камеры сжатия V_C , [м³] – объем цилиндра над поршнем при нахождении его в ВМТ;
• полный объем цилиндра V_A , [м³] – сумма рабочего объема цилиндра и объема камеры сжатия:

Принцип действия четырехтактного дизеля

Рабочий цикл в цилиндре четырехтактного дизеля осуществляется за два оборота коленчатого вала (4 хода поршня). Цилиндр четырехтактного дизеля закрыт крышкой, в которой располагаются клапаны для впуска свежего заряда воздуха и выпуска продуктов сгорания (рис. 18). Впускные и выпускные клапаны удерживаются в закрытом положении пружинами и давлением, создаваемым в цилиндре в периоды сжатия, сгорания топлива и расширения. Открытие клапанов в необходимые моменты времени осуществляется с помощью газораспределительного механизма.

Рабочий цикл четырехтактного дизеля состоит из следующих процессов (тактов): впуска, сжатия, расширения (рабочего хода) и выпуска, и происходит следующим образом (рис. 18):

Первый такт – впуск. В начальный момент времени давление в цилиндре двигателя несколько выше атмосферного – точка 1 индикаторной диаграммы (рис. 18). Поршень из ВМТ начинает свое движение к НМТ, открывается впускной клапан и поршень всасывает в цилиндр свежий заряд воздуха (процесс 1− 2). При этом давление в цилиндре устанавливается чуть ниже атмосферного (для двигателей без наддува) за счет гидравлического сопротивления впускного клапана. Часто для увеличения массы свежего заряда воздух предварительно сжимают в компрессоре до избыточного давления 0,13 ÷ 0,4 МПа, а затем охлаждают в воздухоохладителе. Такое увеличение массы свежего заряда называется наддувом.

Второй такт – сжатие. Поршень из НМТ начинает движение к ВМТ. Впускной клапан закрывается и происходит сжатие воздуха, поступившего в цилиндр дизеля. При этом уменьшается объем заряда воздуха, повышается его давление (процесс 2 − 3 ) до 3,6 ÷ 4,0 МПа в дизелях без наддува, а при высоком наддуве – до 11,0 МПа, что сопровождается увеличением температуры воздуха до 500 °C и выше. В конце такта, при нахождении поршня вблизи ВМТ, в цилиндр через форсунку начинает поступать мелко распыленное топливо, которое от соприкосновения с горячим воздухом самовоспламеняется и начинает гореть. При сгорании топлива давление в цилиндре повышается до 5,5 ÷ 8,5 МПа в дизелях без наддува, и до 11,0 ÷ 14,5 МПа в дизелях с высокой степенью наддува. Процесс сгорания ~ 40 % топлива в конце такта сжатия близок к изохорному (изображен на индикаторной диаграмме линией 3 − 4 ) и происходит при нахождении поршня вблизи ВМТ.

Третий такт – расширение (рабочий ход). В начале такта расширения топливо продолжает поступать в цилиндр дизельного двигателя, и процесс сгорания ~ 60 % топлива при начале движения поршня от ВМТ к НМТ близок к изобарному (процесс 4 − 5 на диаграмме). По окончании сгорания топлива происходит расширение продуктов сгорания (процесс 5 − 6 на индикаторной диаграмме). Расширяющиеся продукты сгорания воздействуют на поршень, совершая полезную работу. Давление газов в цилиндре двигателя и их температура в ходе процесса расширения понижаются.

Четвертый такт – выпуск. По окончании хода расширения открывается выпускной клапан, и поршень начинает движение от НМТ к ВМТ. При этом происходит выпуск отработавших газов через выпускной клапан (процесс 6 −1 на индикаторной диаграмме). Давление в цилиндре в процессе выпуска газов несколько выше атмосферного за счет гидравлического сопротивления выпускного клапана.

Таким образом в четырехтактном дизельном двигателе полезным является только такт расширения (рабочий ход), остальные три такта осуществляются за счет кинетической энергии вращающегося коленчатого вала с маховиком и работы других цилиндров двигателя.

Процессы газообмена в цилиндре дизельного двигателя (фазы газораспре-деления) могут быть изображены на двух окружностях, обозначающих периоды открытия впускных и выпускных клапанов в функции угла поворота коленчатого вала. Такие диаграммы называются диаграммами газораспределения или круговыми диаграммами.

В 4-хтактных дизелях на газообмен отведено 550 ÷ 570 градусов поворота коленчатого вала (ПКВ). Процесс газообмена в четырехтактных дизелях можно разбить на следующие периоды (рис. 19):

Свободный выпуск – осуществляется за счет разницы атмосферного давления и давления в цилиндре двигателя в момент открытия выпускного клапана (линия О − А диаграммы). При этом газы с большой скоростью устремляются в выпускной патрубок двигателя. Продолжительность периода свободного выпуска примерно соответствует углу предварения открытия выпускного клапана (ϕ1 = 40 ÷ 50° ПКВ). Тепловая и кинетическая энергия выпускных газов, как правило, используется для привода турбокомпрессора или работы утилизационных котлов.

Принудительный выпуск – теоретически начинается в НМТ и заканчивается в ВМТ. Это принудительное выталкивание продуктов сгорания из цилиндра телом поршня.

Продувка – в конце хода выпуска открывается впускной клапан (линия О − С , ϕ 3 = 50 ÷ 60° ПКВ до ВМТ), а выпускной остается открытым. При двух открытых одновременно клапанах происходит продувка камеры сгорания воздухом и удаление оставшихся в цилиндре газов. Кроме того, продувка снижает температуру стенок камеры сгорания, поршня и выпускных клапанов, улучшая условия работы и увеличивая срок их службы. Продолжительность продувки составляет ~ 110 ° ПКВ.

Наполнение – теоретически начинается в ВМТ, а фактически – с момента закрытия выпускного клапана (линия O − D , ϕ 4 = 50 ÷ 55° ПКВ за ВМТ) и частично протекает одновременно с продувкой. Окончание наполнения совпадает с приходом поршня в НМТ.

Дозарядка – поршень движется вверх по ходу сжатия, а впускной клапан некоторое время остается открытым до момента, соответствующего линии O − B на диаграмме (ϕ 2 = 30 ÷ 40° ПКВ после НМТ). Воздух продолжает поступать в цилиндр по инерции и несколько увеличивает плотность заряда в цилиндре.

Принцип действия двухтактного дизеля

Из рассмотрения индикаторной диаграммы четырехтактного дизельного двигателя видно, что он только половину времени, затраченного на цикл, работает как тепловой двигатель (такты сжатия и расширения). Остальное время (такты впуска и выпуска) двигатель работает как воздушный насос. Более полно время, отводимое на рабочий цикл, используется в двухтактных дизелях, в которых рабочий цикл осуществляется за один оборот коленчатого вала. Необходимая замена отработавших газов свежим воздухом происходит на небольшой части хода поршня в конце такта расширения и в начале такта сжатия, и составляет примерно 140 ÷ 150 ° ПКВ.

В отличие от четырехтактного, в двухтактном дизеле вместо впускных и выпускных клапанов в стенке цилиндра выполнены впускные (продувочные) ПО и выпускные ВО окна (рис. 20). Продувочным насосом ПН воздух нагнетается в воздушный ресивер Р, и через продувочные окна ПО поступает в цилиндр двигателя. Продукты сгорания топлива покидают цилиндр через выпускные окна ВО и выпускной патрубок ВП. Открытие и закрытие продувочных и выпускных окон осуществляется телом поршня при его движении в цилиндре.

Рабочий цикл двухтактного дизеля изображен на рис. 21 и состоит из следующих тактов:

Первый такт – сжатие. Поршень находится в НМТ. Продувочные и выпускные окна полностью открыты. При этом происходит продувка цилиндра, продолжающаяся до тех пор, пока поршень, двигаясь вверх, не перекроет продувочные окна (процесс 7 − 6 на диаграмме). При последующем движении поршень закроет выпускные окна, причем в период, изображенный на диаграмме линией 6 −1, из цилиндра выталкивается часть свежего заряда воздуха. После закрытия поршнем выпускных окон, начинается сжатие воздуха, сопровождающееся повышением давления и температуры (процесс сжатия изображен на диаграмме линией 1− 2 ). При подходе поршня к ВМТ в цилиндр впрыскивается мелко распыленное топливо, которое воспламеняется от соприкосновения с горячим воздухом. Часть топлива (~ 40 %) сгорает при постоянном объеме при нахождении поршня вблизи ВМТ (процесс 2 − 3).

Второй такт – рабочий ход (расширение). Поршень начинает движение от ВМТ к НМТ. Оставшаяся часть топлива (~ 60 %) сгорает при постоянном давлении (процесс 3 − 4 ). После полного сгорания топлива происходит расширение горячих газов (линия 4 − 5 ), которое заканчивается, когда поршень своей кромкой откроет выпускные окна в точке 5. С этого момента начинается свободный выпуск отработавших газов, сопровождающийся резким понижением давления в цилиндре (процесс 5 − 6 ). В точке 6 поршень открывает продувочные окна и начинается продувка цилиндра – принудительное вытеснение из него потоком воздуха отработавших газов и заполнение свежим зарядом воздуха (процессы 6 − 7 и 7 − 6 на диаграмме).

Теоретически при одинаковых размерах цилиндра и равных числах оборотов в минуту двухтактный дизель может развивать мощность в 2 раза большую, чем четырехтактный. В действительности мощность двухтактного дизеля (при прочих равных условиях) больше лишь в 1,7 ÷ 1,8 раза, чем у четырехтактного, так как часть хода поршня затрачивается на процессы выпуска и продувки. Кроме того на привод навешенного на двигатель продувочного насоса затрачивается 6 – 8 % мощности двигателя.

Весь процесс газообмена двухтактного дизеля можно условно разделить на следующие периоды (рис. 22):

Свободный выпуск – начинается с момента открытия поршнем выпускных окон (линия О − b ) и заканчивается в момент открытия поршнем продувочных окон (линия O − d ). В этот период происходит интенсивный выброс отработавших газов в выпускной тракт за счет перепада давлений в цилиндре (~ 0,45 МПа) и в выхлопном патрубке (~ 0,14 МПа).

Принудительный выпуск и продувка – начинаются в точке d и заканчиваются в момент закрытия продувочных окон (линия O − d ′ ). При этом происходит принудительное вытеснение отработавших газов продувочным воздухом и одновременное заполнение цилиндра свежим зарядом.

Потеря заряда воздуха – объясняется тем, что верхние кромки выпускных окон расположены выше продувочных. Поршень при движении к ВМТ до момента закрытия выпускных окон (линия O − a ) успевает вытолкнуть через выпускные окна часть поступившего в цилиндр воздуха. Фаза потери заряда воздуха является нежелательной, поэтому существует ряд конструктивных решений для замены ее на фазу дозарядки. Например, вместо щелевой схемы продувки, описанной выше, используют прямоточную клапанно-щелевую схему. В таких конструкциях дизелей выпускные окна отсутствуют, а вместо них в крышке цилиндра устанавливается выпускной клапан, приводимый в действие от механизма газораспределения.

Литература

Судовые энергетические установки. Дизельные и газотурбинные установки. Болдырев О.Н. [2003]

Похожие статьи

Принцип работы четырехтактного дизельного двигателя — Engihub

Все студенты инженерных специальностей, особенно машиностроители, прошли курс обучения «Дизельный двигатель». Эти люди могли бы лучше знать принцип работы дизельного двигателя, а также двигателя автомобиля.

Если у вас нет степени бакалавра в области машиностроения, вы все равно можете легко понять, как работает двигатель внутреннего сгорания. Вам просто нужно прочитать статью полностью.

Дизельный двигатель широко используется в автомобилестроении, автомобилестроении и автомобилестроении.Его также можно использовать в дизельных генераторах и на кораблях. В настоящее время сельскохозяйственный насос также приводится в движение небольшим дизельным двигателем.

Если вы дизельный механик или хотите быть дизельным сервисным техником и механиком, этот пост для вас.

Вы также можете посмотреть и подписаться на наш канал YouTube с обучающими видео по инженерным наукам, нажав здесь https://goo.gl/4jeDFu

• Итак, как работает четырехтактный дизель

Я хотел бы поделиться подробностями очень просто, чтобы вы лучше понимали работу двигателя.

В дизельном двигателе в качестве топлива используется дизельное топливо, легкое и тяжелое масло. Это топливо воспламеняется при впрыске в цилиндр двигателя воздуха, сжатого до очень высокого давления.

Температура этого сжатого воздуха достаточно высока для воспламенения топлива. Следовательно, в дизельном двигателе не используется свеча зажигания.

Этот высокотемпературный сжатый воздух в виде очень тонкой струи впрыскивается с контролируемой скоростью. Таким образом, сгорание топлива происходит при постоянном давлении.

Топливная форсунка или топливный насос высокого давления, топливная форсунка используется для этой операции. Мощность создается за счет завершения рабочего хода.

• Рабочие ходы дизельного двигателя

Ход всасывания

В этом ходе поршень движется вниз от верхней мертвой точки к нижней мертвой точке. В результате открывается впускной клапан, и воздух втягивается в цилиндр.

После всасывания достаточного количества воздуха под давлением всасывающий клапан закрывается в конце хода.Выпускной клапан остается закрытым во время этого хода.

Ход сжатия

В этом ходе поршень перемещается вверх от нижней мертвой точки до верхней мертвой точки. Во время этого хода закрываются как впускной, так и выпускной клапаны.

Воздух, всасываемый в цилиндр во время такта всасывания, захватывается внутри цилиндра и сжимается из-за движения поршня вверх.

В дизельном двигателе используется очень высокая степень сжатия, в результате воздух, наконец, сжимается до очень высокого давления — до 40 кг / см², при этом давлении, и температура воздуха достигает 1000 ° по Цельсию, которого достаточно, чтобы зажечь топливо.

Ход при постоянном давлении

В этом такте топливо впрыскивается в горячий сжатый воздух, где оно начинает гореть при постоянном давлении. Когда поршень перемещается в верхнюю мертвую точку, подача топлива прекращается.

Следует сказать, что топливо впрыскивается в конце такта сжатия, а впрыск продолжается до точки отсечки, но на практике зажигание начинается до конца такта сжатия, чтобы позаботиться о метке зажигания. .

Рабочий или рабочий ход

В этом такте впускной и выпускной клапаны остаются закрытыми.

Горячие газы (которые образуются из-за воспламенения топлива во время такта сжатия) и сжатый воздух теперь адиабатически расширяются в цилиндре, толкая поршень вниз, и, следовательно, работа выполняется.

В конце хода поршень наконец достигает нижней мертвой точки.

Ход выхлопа

В этом ходе поршень снова движется вверх.Выпускной клапан открывается, а впускной и топливный клапаны закрываются. Большая часть сгоревших топливных газов улетучивается за счет собственного расширения.

Движение поршня вверх выталкивает оставшиеся газы через открытый выпускной клапан. В камере сгорания остается лишь небольшое количество выхлопных газов.

В конце такта выпуска выпускной клапан закрывается, и, таким образом, цикл завершается.

Так как при работе впускного и выпускного клапана возникает некоторое сопротивление, и часть сгоревших газов остается внутри цилиндра во время цикла, что приводит к насосным потерям.

Эти насосные потери рассматриваются как отрицательная работа и поэтому вычитаются из фактической работы, выполненной в течение цикла. Это даст нам сеть из цикла.

На самом деле, все эти удары выполняются с такой большой скоростью; вы не можете увидеть это шаг за шагом, но это происходит в каждом четырехтактном двигателе.

Помимо этой информации, вам предлагается прочитать что-нибудь еще ниже Engineering Books

Итак, здесь вы найдете лучшие инженерные ресурсы для получения более подробной информации

Чтобы получить более подробную информацию по теме, я также рекомендую прочитать

Если вам понравился пост, поделитесь им с друзьями, а также в социальных сетях.Нажмите на колокольчик, чтобы подписаться

Принцип работы и схема 4-тактного дизельного двигателя

Как мы знаем, есть много автомобилей, которые используют дизельный двигатель в качестве источника. Подобно грузовику или автобусу, этому транспортному средству требуется большой крутящий момент, чтобы заставить его двигаться. Итак, дизельный двигатель занимает место.

Это правда, у дизелей большой крутящий момент. Кроме того, дизельные двигатели также имеют преимущества в топливной экономичности, потому что соотношение воздуха и топлива очень низкое. Так что расход топлива станет более эффективным.

Для тех из вас, кому интересно, как работает 4-тактный дизельный двигатель, мы подробно объясним эту статью

Принцип работы четырехтактного дизельного двигателя

Двигатель автомобиля имеет основной механизм на поршневой части. Внутри двигателя поршень движется вверх и вниз. Движение поршня вверх увеличивает объем камеры сгорания, в то время как движение поршня вниз уменьшает объем камеры сгорания.

от изменения объема камеры сгорания дизельный двигатель может работать.

А как насчет 4-ступенчатого цикла?

4-тактный дизельный двигатель означает четыре процесса в одном цикле двигателя. где каждый процесс работает на одно движение поршня. это означает, что если 4-ступенчатый двигатель имеет 4 процесса, поршень будет перемещаться 4 раза (дважды вверх, дважды вниз).

Есть 5 основных частей, которые вам нужно понять в первую очередь;

Блок цилиндров, этот цилиндрический компонент используется в качестве следа движения поршня

• Поршень, эта часть трубчатая и перемещается вверх и вниз внутри блока цилиндров
• Головка блока цилиндров, используется как крышка верхней части цилиндра и место для установки некоторых приспособлений двигателя, таких как форсунки и клапаны.
• Форсунка для впрыска дизельного топлива в камеру сгорания под высоким давлением
• Шатун и коленчатый вал, эти два компонента используются для изменения формы энергии с направленного на круговое движение

Тогда какие процессы? Это он

1.Ступень всасывания

Этап всасывания также называется тактом всасывания, то есть процесс поступления воздуха в камеру цилиндра. Этот забор воздуха происходит, когда поршень движется вниз от ВМТ (верхней мертвой точки) до НМТ (нижней мертвой точки). Это движение увеличит объем цилиндра двигателя.

На другой стороне впускной клапан открыт, в результате поршень будет всасывать воздух из впускного коллектора, так что воздух снаружи поступает во впускной клапан, заполняя камеру цилиндра.

2. Этапы сжатия

Этап сжатия — это процесс сжатия воздуха внутри камеры цилиндра. Зачем нужно сжимать воздух? это связано с процессом сгорания топлива.

Возможно, вы знаете, что дизельный двигатель не оснащен свечами зажигания, потому что дизельный двигатель может работать без искры от свечи зажигания. Это называется самовозгоранием.

Однако, чтобы произошло самовозгорание, воздух должен быть сжат до тех пор, пока температура не поднимется выше точки горения дизельного топлива.Таким образом, дизельное топливо, нагретое до высокой температуры, может сгореть само по себе.

Этот этап сжатия происходит после этапа всасывания, когда поршень достигает НМТ в конце этапа всасывания, поршень снова поднимается до ВМТ. В результате происходит сужение объема цилиндра. В этом состоянии и впускной, и выпускной клапаны закрыты, так что сужение пространства цилиндра будет сжимать воздух внутри.

3. Ступень сгорания

Этап сгорания — это основной процесс в двигателе.При этом дизельное топливо подается через форсунку в камеру сгорания.

Как мы уже говорили, температура воздуха поднимется выше точки горения дизельного топлива. И когда поршень достигает ВМТ, воздух уже находится на самом высоком уровне температуры (превышает точку горения дизельного топлива). В этом состоянии дизельное топливо впрыскивается через форсунки, оно распыляет топливо через форсунку. В результате произошло возгорание, которое привело к расширению.

Эта сила расширения толкает поршень вниз к НМТ.Расширение также используется для запуска транспортного средства. Потому что мощность такая высокая.

4. Ступень выхлопа

Этап выпуска — это процесс удаления остаточных газов сгорания из камеры сгорания. Этот процесс происходит, когда поршень возвращается в ВМТ после воздействия расширения мощности сгорания.

На этом этапе выпускной клапан открывается, так что движение поршня вверх выталкивает остаточный газ сгорания в выпускной коллектор.

Вывод:

Когда поршень достигает ВМТ в конце этапа выпуска, цикл полностью завершен. Это означает, что существует 4 процесса: этап всасывания, когда поршень движется вниз, этап сжатия, когда поршень движется вверх, этап горения, когда поршень движется вниз, последний этап является этапом выпуска, когда поршень движется вверх.

Из этого утверждения мы можем узнать, что 4-тактный двигатель производит сгорание топлива за каждые 2 оборота коленчатого вала.

Последним этапом является такт выпуска, когда поршень поднимается в ВМТ на последнем этапе выпуска, поршень перемещается вниз и переходит к следующему циклу.

Благодарю за внимание, надеюсь, пригодится всем вам.

Двухтактные и четырехтактные дизельные двигатели

Для изучения двухтактных и четырехтактных дизельных двигателей.

ЦЕЛЬ: Изучить двухтактные и четырехтактные дизельные двигатели.

АППАРАТ: Модель двухтактного и четырехтактного дизельного двигателя.

ТЕОРИЯ: Двигатель, преобразующий тепловую энергию в механическую, известен как тепловой двигатель.

Принцип работы четырехтактного дизельного двигателя.

Есть четыре штриха как:

1. Ход всасывания

2. Ход сжатия

3. Ход расширения

4. Ход выпуска

1. Ход всасывания: Этот ход начинается с положения поршня в верхней мертвой точке. Входное значение открыто, а выходное значение закрыто. Движение поршня вниз создает в цилиндре вакуум, за счет которого воздух втягивается в цилиндр. Движение поршня обеспечивается либо стартером, либо движением маховика.

2. Ход сжатия: Этот ход начинается с поршня в точке B.D.C. позиция. Впускные и выпускные клапаны закрыты.

Воздух, всасываемый во время такта всасывания, сжимается, когда поршень движется вверх. За несколько градусов до завершения такта сжатия в сжатый воздух впрыскивается очень мелкая струя дизельного топлива. Топливо самовозгорается.

Рисунок цикла двигателя CI

3.Ход расширения: Впускной и выпускной клапаны остаются закрытыми. Тепловая энергия, выделяемая при сгорании топлива, приводит к повышению давления газов. Этот высокий рост давления приводит в движение поршень вниз, тем самым производя некоторую полезную работу. Этот ход называется силовым.

4. Такт выпуска: Этот ход начинается с поршня на B.D.C. позиция. Входное значение остается закрытым, а выходное значение — открытым. Движение поршня вверх выталкивает сгоревшие газы из цилиндра через выпускной клапан.В конце такта выпуска выпускной клапан также закрывается.

Четыре такта завершают один цикл, который может повторяться снова для выработки мощности.

ПРИНЦИП РАБОТЫ ДИЗЕЛЬНОГО ДВИГАТЕЛЯ 2-ТАКТНОГО ДВИГАТЕЛЯ

1. 1 ^st Ход — Когда поршень начинает подниматься из своего B.D.C. положение, он закрывает передаточное и выпускное отверстие. Воздух, который уже находится в цилиндре, сжимается. Одновременно с движением поршня вверх в картере двигателя создается разрежение.Как только впускное отверстие открывается, свежий воздух всасывается в картер двигателя. Зарядка продолжается до тех пор, пока картер и пространство в цилиндре под поршнем не заполнятся воздухом.

2. 2 ^nd Ход — Незадолго до завершения такта сжатия в сжатый воздух (который имеет очень высокую температуру) впрыскивается очень мелкая струя дизельного топлива. Топливо самовозгорается.

Двухтактный двигатель CI

Давление действует на головку поршня из-за сгорания воздуха, и поршень толкается вниз, создавая некоторую полезную мощность.Движение поршня вниз сначала закроет впускное отверстие, а затем сжимает воздух, уже всасываемый в картер двигателя.

Сразу в конце рабочего хода поршень одновременно открывает выпускной канал и передаточный канал. Расширенные газы начинают выходить через выпускное отверстие, и в то же время свежий воздух, уже сжатый в картере двигателя, устремляется в цилиндр через передаточное отверстие, и цикл повторяется снова.

Последнее обновление: 6 декабря 2014 г., суббота

Связанные

Что такое 4-тактный дизельный двигатель?

Двигатель — это устройство, преобразующее одну форму энергии в другую.Двигатель внутреннего сгорания — это тепловой двигатель, в котором он последовательно проходит различные циклы операций для преобразования тепловой энергии в полезную работу. В этой статье мы собираемся обсудить принцип работы 4-тактного дизельного двигателя. 4-тактный дизельный двигатель также известен как 4-тактный двигатель с воспламенением от сжатия.

Двигатели IC работают по принципу искрового или компрессионного зажигания.

Искровое зажигание: Обычно бензиновый двигатель, в котором процесс сгорания топливовоздушной смеси зажигается искрой от свечи зажигания

Воспламенение от сжатия: Обычно дизельные двигатели, в которых процесс сгорания вызывается повышенная температура воздуха в цилиндре из-за механического сжатия.

• 4-тактный дизельный двигатель похож на 4-тактный бензиновый двигатель, но с той лишь разницей, что в 4-тактном бензиновом двигателе мы используем свечу зажигания для зажигания топливовоздушной смеси. В дизельных двигателях (двигателях с воспламенением от сжатия) мы используем высокая степень сжатия воздуха для достижения высокой температуры, достаточной для самовоспламенения впрыскиваемого топлива.
• Степень сжатия дизельных двигателей составляет от 16 до 12, а у бензиновых — от 6 до 10.
• В 4-тактном дизельном двигателе термодинамический цикл завершается за четыре хода положения или два оборота коленчатого вала.
• Все четыре хода будут завершены при повороте кривошипа на 720 °.
• Во время этих четырех тактов необходимо выполнить пять действий / событий. они бывают всасывающим и компрессионным сгоранием, расширением, выхлопом.
• Этот 4-тактный дизельный двигатель был изобретен Рудольфом Дизелем в 1876, , поэтому этот двигатель называется дизельным двигателем .

Рабочий цикл четырехтактного дизельного двигателя состоит из следующих тактов:

1. Такт всасывания или впуска,
2. Такт сжатия,
3. Такт расширения или рабочего хода,
4. Такт выпуска.

Такт всасывания или всасывания

Ход всасывания начинается, когда поршень находится в верхней мертвой точке (ВМТ) и собирается двигаться вниз. В это время впускной клапан открыт, а выпускные клапаны закрыты.

Всасывание создается в цилиндре из-за движения поршня вниз (нижняя мертвая точка) воздух будет втягиваться в цилиндр.

Когда поршень достигает нижней мертвой точки (НМТ), такт всасывания заканчивается.

Ход сжатия

Ход сжатия начинается сразу после завершения хода всасывания. то есть поршень достигает НМТ.

Во время хода сжатия поршень перемещается из нижней мертвой точки (НМТ) в верхнюю мертвую точку (ВМТ). Вследствие этого воздух, который втягивается в цилиндр, будет сжиматься. Во время этого хода как впускной, так и выпускной клапаны закрыты.

Воздух, который занимает цилиндр, сжимается до зазора, доступного, когда поршень находится в ВМТ. Этот объем называется объемом зазора.

Теперь топливо впрыскивается в цилиндр форсункой высокого давления в конце такта сжатия. Из-за сильного сжатия воздуха в цилиндре давление и температура воздуха повышаются, что достаточно для самовоспламенения топлива, впрыскиваемого в конце такта сжатия.

Эти два хода (т.е. такт всасывания и такта сжатия) завершают один оборот коленчатого вала. то есть вращения коленчатого вала на 360 °.

Рабочий ход или рабочий ход

Во время такта расширения впускной и выпускной клапаны остаются закрытыми. Высокое давление продуктов сгорания толкает поршень из верхней мертвой точки (ВМТ) в нижнюю мертвую точку (НМТ).

Это также называется рабочим ходом, поскольку линейное движение поршня преобразуется во вращательное движение коленчатым валом.

На этом коленчатом валу установлен маховик, который собирает избыточное количество энергии во время рабочего хода и помогает остальным трем идеальным ходам.

Такт выпуска

В конце такта расширения выпускные клапаны открываются для выпуска отработавших газов из цилиндра.

Во время такта выпуска впускные клапаны остаются закрытыми.

В этом такте поршень начинает движение из нижней мертвой точки (ВМТ) в верхнюю мертвую точку (ВМТ) и уносит все сгоревшие газы из цилиндра в атмосферу.На этом процесс вытяжки завершится.

Эти два хода (т. Е. Такт расширения и такта выпуска) завершают один оборот коленчатого вала. то есть вращения коленчатого вала на 360 °.

Теперь цикл повторяется с первого шага снова как прием.

Принципы работы двигателей внутреннего сгорания — искровое зажигание и воспламенение от сжатия. Четырехтактный двигатель доступен как с искровым зажиганием, так и с воспламенением от сжатия. Мы обсудили 4-тактный двигатель с двигателем с воспламенением от сжатия, т.е.е. Дизель. также прочтите статью о 4-тактном двигателе с искровым зажиганием. Если у вас есть какие-либо мысли, оставьте их в разделе комментариев ниже.

Как работают дизельные двигатели?

Если вы попали на эту страницу, мы считаем, что можно с уверенностью считать, что вы уже знаете, что дизельный двигатель — это тип двигателя внутреннего сгорания. Но что это на самом деле означает? Что ж, давайте разберемся с этим для вас. Горение является синонимом горения, что означает, что топливо, в данном случае дизельное топливо, сжигается внутри (внутри) двигателя для выработки энергии.То же самое верно и для бензиновых двигателей, однако существует резкая (или искрящаяся!) Разница в способах зажигания каждого из этих двигателей.

Благодаря внутреннему сгоранию в дизельных двигателях топливо сгорает внутри цилиндров, что позволяет максимально использовать энергию, так как нет необходимости в тепле, поступающем из другого места в цилиндр. Все основные процессы происходят в одном месте, что повышает общую эффективность двигателя в целом. Проще говоря, двигатели внутреннего сгорания вырабатывают больше энергии из того же объема топлива и поэтому намного эффективнее двигателей вечного сгорания.

Принцип работы дизельного двигателя

Теперь, когда мы поговорим об основах, пора глубже изучить механику дизельного двигателя!

Прежде всего, атмосферный воздух попадает в цилиндр двигателя. Поршень в нем сжимает воздух в 14-25 раз больше его первоначального объема. Напоминаем, что это сжатие намного меньше в бензиновом двигателе, где воздух сжимается только до одной десятой своего объема.

При таком высоком уровне сжатия воздуха выделяется столько тепла, что температура достигает 1000 ° F, а в некоторых случаях даже выше.Когда воздух сжимается, срабатывает электронная система впрыска топлива, которая обычно распыляет топливный туман в цилиндр, как аэрозольный баллончик. Конечно, объем впрыскиваемого топлива зависит от ускорения, применяемого водителем. Поскольку воздух очень горячий, топливо воспламеняется почти мгновенно и взрывается, в результате чего поршень выталкивается из цилиндра. Этот толчок приводит к выработке мощности, которая позволяет управлять транспортным средством или машиной, приводимой в движение двигателем.Когда поршень возвращается в исходное положение, выхлопные газы направляются к выпускному клапану. Этот процесс известен как дизельный цикл и повторяется по крайней мере сотни и даже тысячи раз каждую минуту!

Типы дизельных двигателей

В зависимости от количества ступеней в одном цикле дизельные двигатели могут быть классифицированы как четырехтактные двигатели или двухтактные двигатели. Давайте разберемся с каждым из них более подробно.

Четырехтактные двигатели Источник: Britannica, Inc

В этом случае дизельный двигатель функционирует, повторяя цикл из четырех тактов или ступеней.Характеризуется двукратным перемещением поршня вверх и вниз. Проще говоря, в четырехтактном двигателе коленчатый вал вращается дважды за цикл. Четыре ступени этого типа двигателя следующие —

Впускной: Открытый впускной воздушный клапан втягивает воздух в цилиндр, в результате чего поршень движется вниз.

Сжатие: Затем впускной клапан закрывается, поршень движется вверх и в результате сжимает воздух, вызывая его нагрев.Затем клапан впрыска топлива впрыскивает топливо в горячее, что приводит к самовозгоранию топлива.

Мощность: Когда смесь воздуха и топлива воспламеняется и начинает гореть, поршень толкается вниз, давая возможность коленчатому валу двигаться и приводить в движение колеса.

Выхлоп: Затем открывается выпускной клапан, чтобы помочь выхлопным газам выйти, которые дополнительно выталкиваются движением поршня вверх.

Двухтактные двигатели Источник: Britannica, Inc

В двухтактном двигателе поршень перемещается вверх и вниз только один раз за цикл.Тем не менее, в двухтактном цикле есть три стадии. Поговорим о создании неразберихи! Что ж, не волнуйтесь, раз уж мы здесь, чтобы пролить свет на вас. Три ступени в этом типе двигателя следующие —

Выпускной и впускной: Во-первых, впускной клапан пропускает свежий воздух в боковую часть цилиндра, что приводит к выталкиванию старого воздуха через выпускной клапан.

Компрессия: Затем как впускной, так и выпускной клапаны закрываются.Теперь поршень движется вверх, вызывая сжатие и нагрев воздуха. Когда поршень достигает верха цилиндра, топливо впрыскивается и воспламеняется почти самопроизвольно.

Мощность: Когда смесь воздуха и топлива воспламеняется и начинает гореть, поршень толкается вниз, давая возможность коленчатому валу двигаться и приводить в движение колеса.

Как вы уже могли догадаться, двухтактные двигатели относительно меньше и легче четырехтактных. Кроме того, они более энергоэффективны, поскольку мощность вырабатывается при каждом обороте! Тем не менее, двухтактные двигатели также нуждаются в дополнительном охлаждении и смазке из-за большей доли износа, вызванного сильным нагревом и трением!

Теперь, когда вы знаете все о дизельных двигателях и принципах их работы, мы уверены, что вы в лучшем положении, чтобы принять обоснованное решение относительно дизельного двигателя, который вы хотите купить! Если вам все еще нужна помощь, вы всегда можете связаться с нашими экспертами в Swift Equipment, и мы будем более чем рады прояснить любые сомнения, которые могут у вас возникнуть.Что еще? У нас есть широкий выбор новых и подержанных дизельных двигателей, а также дизель-генераторов на ваш выбор! Так чего же ты ждешь? Начните просматривать лучшие дизельные двигатели и посмотрите, найдете ли вы что-то, что привлечет ваше внимание.

Часто задаваемые вопросы владельцев бизнеса

Каковы некоторые из выдающихся преимуществ дизельных двигателей? Дизельные двигатели

обладают многочисленными преимуществами, наиболее заметными из которых являются —

.

• Самый высокий КПД среди всех двигателей внутреннего сгорания
• Без ограничений для всасываемого воздуха, кроме всасываемого трубопровода и воздушных фильтров
• Низкие затраты на топливо
• Хорошие смазывающие свойства
• Высокая плотность энергии
• Низкий риск возгорания
• Впечатляющее поведение выхлопных газов
• Легкая адаптация к влажной среде
• Нет естественных ограничений в отношении допустимости сверхвысокого давления или давления наддува

Почему дизельные двигатели шумят?

Шум, создаваемый дизельными двигателями, обычно известен как дизельный грохот, который в основном возникает в результате внезапного воспламенения топлива, когда создается волна давления при впрыске дизельного топлива в камеру сгорания.Это вызывает слышимый стук. К счастью, этот «стук» в современных дизельных двигателях в значительной степени устранен.

Что такое двухтактный двигатель?

Двухтактные двигатели

Двухтактный двигатель Двигатель — это тип двигателя внутреннего сгорания, который завершает энергетический цикл двумя тактами поршня за один оборот коленчатого вала.

В четырехтактных двигателях имеется один рабочий ход за два оборота коленчатого вала или за цикл из четырех тактов поршня.Стремление к одному рабочему ходу при каждом обороте коленчатого вала привело к разработке двухтактного двигателя .

В 1838 году англичанин Барнетт описал механизм подачи заряда в цилиндр с помощью отдельных насосов. В 1878 году Дугальд Клерк также внес большой вклад в это направление и описал двухтактный цикл, известный как цикл Клерка.

Двухтактный двигатель используется для малой мощности, необходимой в автоциклах, скутерах, мотоциклах.В двухтактных двигателях нет тактов всасывания и выпуска. Осталось только два хода: такт сжатия и рабочий ход. Обычно это , называемые ходом вверх и ходом вниз . Также вместо клапанов в двухтактных двигателях используются впускной и выпускной патрубки.

Свежий заряд поступает в цилиндр в конце рабочего хода через впускное отверстие. Затем сгоревшие выхлопные газы вытесняются свежим зарядом через выхлопное отверстие.

Двухтактный двигатель с искровым зажиганием (бензин).

Принцип двухтактного двигателя с искровым зажиганием показан на рисунке. Его два хода следующие:

1. Ход вверх
2. Ход вниз

Ход вверх

Во время хода вверх поршень перемещается вверх от нижней мертвой точки к верхней мертвой точке . Путем сжатия бензиновой смеси наддувочного воздуха в камере сгорания цилиндра. Из-за движения поршня вверх в картере создается частичный вакуум.

И новый заряд втягивается в картер через открытое впускное отверстие. Выпускной порт и порт передачи закрыты, когда поршень находится в верхней мертвой точке. Сжатый заряд воспламеняется в камере сгорания от искры, подаваемой свечой зажигания.

Ход вниз

Как только заряд воспламеняется, горячие газы сжимают поршень, который движется вниз, вращая коленчатый вал, тем самым выполняя полезную работу. Во время этого хода впускное отверстие закрывается поршнем, и новый заряд сжимается в картере.Дальнейшее движение поршня вниз открывает сначала выпускное отверстие, а затем переходное отверстие. и, следовательно, выхлоп начинается через выхлопное отверстие.

Как только передаточное отверстие открывается, заряд, проходящий через него, принудительно попадает в цилиндр. Заряд ударяется о дефлектор на головке поршня, поднимается к верху цилиндра и выталкивает наружу большую часть выхлопных газов. Поршень теперь находится в нижней мертвой точке.

Цилиндр полностью заправлен свежим зарядом, хотя в некоторой степени это выхлопные газы.Затем цикл событий повторяется, поршень совершает два хода на каждый оборот коленчатого вала.

На рисунке показана схема подключения двухтактного бензинового двигателя. что говорит само за себя.

На рисунке показана диаграмма p-v для двухтактного бензинового двигателя. Эта диаграмма относится только к главному цилиндру или верхней стороне поршня.

Двухтактный двигатель с воспламенением от сжатия (дизель)

В этом двухтактном двигателе внутри цилиндра сжимается только воздух.и топливо (дизельное топливо) впрыскивается форсункой, установленной в головке цилиндра. В этом двигателе нет свечи зажигания. Остальные операции двухтактного двигателя с воспламенением от сжатия точно такие же. как двигатели с искровым зажиганием.

Временная диаграмма портов для двухтактного дизельного двигателя.

На рисунке показаны значения давления и температуры в цилиндре, действующие на свечу зажигания для двухтактных и четырехтактных двигателей.

Преимущества двухтактного двигателя перед четырехтактным:

1. Двухтактный двигатель обеспечивает один рабочий ход на каждый оборот коленчатого вала.Четырехтактный двигатель дает один рабочий ход на каждые два оборота коленчатого вала. Следовательно, мощность, развиваемая двухтактным двигателем, в два раза больше мощности, развиваемой четырехтактным двигателем при тех же оборотах двигателя и объеме цилиндров.
2. Крутящий момент на коленчатом валу больше у двухтактного двигателя. Из-за одного рабочего хода на каждый оборот коленчатого вала, и поэтому в нем нужен более легкий маховик.
3. При той же мощности двухтактный двигатель более компактный, легкий и требует меньше места, чем четырехтактный двигатель.Таким образом, он больше подходит для автоциклов, мотоциклов и скутеров.
4. Двухтактный двигатель проще по конструкции и механизму. В нем нет клапана и клапанного механизма. Порты легко сконструировать, они закрываются и открываются при движении самого поршня.
5. Обладает высоким механическим КПД за счет отсутствия кулачков, коленчатого вала, коромысел и т. Д. Клапанов.
6. Дает меньше крутильных колебаний.
7. Для двухтактного двигателя требуется меньше запчастей из-за его простой конструкции.
8. Может быть изменен, если он бесклапанный.
9. Требуется экономия труда для преодоления трения впускного и выпускного отверстий.

Недостатки

1. В двухтактном двигателе Отто расход топлива высокий. потому что свежий заряд, вероятно, будет потрачен впустую, выйдя через выхлопное отверстие.
2. Фактическое сжатие начинается, когда порты полностью закрываются движением вверх поршня после нескольких оборотов коленчатых валов на несколько градусов.Таким образом, фактическая степень сжатия и, следовательно, тепловой КПД двухтактного двигателя меньше, чем у четырехтактного при тех же размерах.
3. Заряд разбавлен дымовыми газами из-за неполной продувки.
4. Издает больше шума.
5. Потребляет больше смазочного масла.
6. Увеличивается износ движущихся частей.

Сравнение четырехтактного и двухтактного двигателей.

Четырехтактный двигатель	Двухтактный двигатель
В четырехтактном двигателе один рабочий ход на каждые два оборота коленчатого вала.	В этом один рабочий ход на каждый оборот коленчатого вала.
Крутящий момент на коленчатом валу возникает даже не из-за одного рабочего хода на каждые два оборота коленчатого вала. следовательно, требуется тяжелый маховик, и двигатель работает неуравновешенно.	Крутящий момент на коленчатом валу более равномерный за счет одного рабочего хода на каждый оборот коленчатого вала. Следовательно, требуется более легкий маховик и сбалансированная работа двигателя.
Двигатель тяжелый	Двигатель легкий.
Стоимость двигателя высокая	Стоимость двигателя низкая.
Меньшая механическая эффективность из-за большего трения во многих частях четырехтактного двигателя.	Механический КПД больше за счет меньшего трения в нескольких частях.
Мощность больше за счет полного всасывания свежего заряда и полного выхлопа сгоревших газов.	Низкая мощность из-за смешения свежего заряда с дымовыми газами.
Двигатель работает в холодном состоянии	Двигатель работает в горячем состоянии.
С водяным охлаждением	С воздушным охлаждением.
Меньший расход топлива в четырехтактном двигателе	Расход топлива больше.
Для двигателя требуется больше места	Для двигателя требуется меньше места.
Смазочная система сложна	Смазочная система проста.
Двигатель производит меньше шума	Шума больше.
Двигатель применяется в легковых, автобусных, грузовых автомобилях.	Двигатель применяется для мопедов, скутеров, мотоциклов.
Двигатель состоит из впускного и выпускного клапанов.	Двигатель состоит из впускного и выпускного отверстий.
Повышенная тепловая эффективность.	Низкий тепловой КПД.
Двигатель потребляет меньше смазочного масла.	Эти двигатели потребляют больше смазочного масла.
Меньший износ движущихся частей двигателя.	Повышенный износ движущихся частей.

Загрузите эту статью в формате PDF

---

Если вам понравилась статья, поделитесь ею с друзьями. Если у вас возникнут какие-либо вопросы по этой теме, не стесняйтесь оставлять комментарии, мы ответим.

Изображения в этом блоге взяты с britannica.com, cycleworld.com

Работа дизельного двигателя: преимущества и недостатки Дизельный двигатель

Рудольф Дизель построил свой первый известный прототип двигателя с высокой степенью сжатия в 1897 году.С тех пор дизельный двигатель превратился в один из самых эффективных и надежных источников энергии в мире. В дизельных двигателях внутреннее сгорание приводит к расширению высокотемпературных газов под высоким давлением, которые, в свою очередь, приводят в движение поршни, преобразуя химическую энергию в механическую.

В 1919 году Клесси Лайл Камминс основал компанию Cummins Engine Company с целью усовершенствования дизельной технологии и производства лучших в мире двигателей. Его видение положило начало созданию компании, которая сегодня является мировым лидером, производящим дизельные двигатели для различных областей применения: от грузовиков большой грузоподъемности и потребительских пикапов до промышленной горнодобывающей промышленности и бурения нефтяных скважин.Подпишитесь на этот новый блог в Linquip, чтобы узнать больше о процедурах работы с дизельным двигателем.

Принцип работы дизельного двигателя

Дизельный двигатель представляет собой поршневой цилиндровый двигатель прерывистого сгорания. Он работает в двухтактном или четырехтактном цикле. Однако, в отличие от бензинового двигателя с искровым зажиганием, дизельный двигатель нагнетает в камеру сгорания только воздух на такте впуска. Дизельные двигатели обычно имеют степень сжатия от 14: 1 до 22: 1.Как двухтактные, так и четырехтактные дизельные двигатели можно встретить среди двигателей с внутренним диаметром (диаметром цилиндра) менее 600 мм. Двигатели с диаметром отверстия более 600 мм представляют собой почти исключительно двухтактные системы.

Четырехтактные двигатели

Как и бензиновый двигатель, дизельный двигатель обычно работает, повторяя цикл из четырех стадий или тактов, во время которых поршень перемещается вверх и вниз дважды (другими словами, коленчатый вал вращается дважды).

• Впуск: Воздух (голубой) втягивается в цилиндр через открытый зеленый впускной клапан для воздуха справа, когда поршень движется вниз.

• Компрессия: Впускной клапан закрывается, поршень перемещается вверх и сжимает воздушную смесь, нагревая ее. Топливо (темно-синий) впрыскивается в горячий газ через центральный клапан впрыска топлива и самовоспламеняется. В отличие от газового двигателя, для этого не требуется свеча зажигания.

• Мощность: Когда воздушно-топливная смесь воспламеняется и горит, она толкает поршень вниз, приводя в движение коленчатый вал, который передает мощность на колеса.

• Выхлоп: Зеленый выпускной клапан слева открывается, чтобы выпустить выхлопные газы, выталкиваемые возвратным поршнем.

Подробнее о Linquip

Типы турбин: классификации и примеры

Двухтактные двигатели

В двухтактном дизеле полный цикл происходит, когда поршень перемещается вверх и вниз только один раз. Как ни странно, в двухтактном цикле есть три этапа:

• Выхлоп и впуск: Свежий воздух вдувается в боковую часть цилиндра, выталкивая старый выхлоп через клапаны вверху.

• Компрессия: Впускной и выпускной клапаны закрываются. Поршень движется вверх, сжимает воздух и нагревает его. Когда поршень достигает верхней части цилиндра, топливо впрыскивается и самовоспламеняется.

• Мощность: При воспламенении топливовоздушной смеси она толкает поршень вниз, приводя в движение коленчатый вал, который передает мощность на колеса.

Двухтактные двигатели меньше и легче четырехтактных и имеют тенденцию быть более эффективными, поскольку они вырабатывают мощность один раз за каждый оборот (а не один раз за каждые два оборота, как в четырехтактном двигателе).Это означает, что они нуждаются в большем охлаждении и смазке и подвержены более высокому износу.

Дизельные двигатели и бензиновые двигатели

Теоретически дизельные и бензиновые двигатели очень похожи. Оба они представляют собой двигатели внутреннего сгорания, предназначенные для преобразования химической энергии топлива в механическую. Эта механическая энергия перемещает поршни вверх и вниз внутри цилиндров. Поршни соединены с коленчатым валом, и движение поршней вверх и вниз, известное как линейное движение, создает вращательное движение, необходимое для поворота колес автомобиля вперед.

Как дизельные, так и бензиновые двигатели преобразуют топливо в энергию в результате серии небольших взрывов или возгораний. Основное различие между дизельным топливом и бензином заключается в том, как происходят эти взрывы. В бензиновом двигателе топливо смешивается с воздухом, сжимается поршнями и воспламеняется от искры свечей зажигания. Однако в дизельном двигателе сначала сжимается воздух, а затем впрыскивается топливо. Поскольку воздух нагревается при сжатии, топливо воспламеняется.

Дизельный двигатель Преимущества

Дизель — это самый универсальный двигатель, работающий на топливе, который широко используется сегодня, его можно найти во всем: от поездов и кранов до бульдозеров и подводных лодок.По сравнению с бензиновыми двигателями они проще, эффективнее и экономичнее. Они также более безопасны, потому что дизельное топливо менее летучее, а его пары менее взрывоопасны, чем бензин. В отличие от бензиновых двигателей, они особенно хороши для перемещения больших грузов на низких скоростях, поэтому они идеально подходят для использования на грузовых судах, грузовиках, автобусах и локомотивах.

Более высокая степень сжатия означает, что детали дизельного двигателя должны выдерживать гораздо большие нагрузки и деформации, чем детали бензинового двигателя.Вот почему дизельные двигатели должны быть сильнее и тяжелее, и поэтому долгое время они использовались только для питания больших транспортных средств и машин. Хотя это может показаться недостатком, это означает, что дизельные двигатели обычно более надежны и служат намного дольше, чем бензиновые двигатели.

Недостатки дизельного двигателя

Загрязнение — один из самых больших недостатков дизельных двигателей; они производят смесь загрязняющих веществ, включая оксиды азота, оксид углерода, углеводороды и частицы сажи, которые являются грязными и опасными для здоровья.Теоретически дизельное топливо более эффективно, поэтому оно должно потреблять меньше топлива, производить меньше выбросов углекислого газа (CO2) и меньше способствовать глобальному потеплению. На практике есть некоторые аргументы в пользу того, правда ли это. Некоторые лабораторные эксперименты показали, что средние выбросы дизельных двигателей лишь немного ниже, чем у бензиновых двигателей, хотя производители настаивают на том, что если сравнивать аналогичные дизельные и бензиновые автомобили, дизель действительно выходит лучше.

Другие недавние исследования показывают, что даже новые дизельные автомобили сильно загрязняют окружающую среду.Дизельные двигатели, как правило, изначально стоят дороже, чем бензиновые, хотя их более низкие эксплуатационные расходы и более длительный срок службы обычно компенсируют это. Несмотря на это, покупатели автомобилей больше не кажутся убежденными: после скандала с выбросами Volkswagen в 2015 году произошло существенное падение продаж, когда немецкий автопроизводитель исказил выбросы своих дизельных автомобилей, чтобы они казались менее загрязняющими.

Как повысить эффективность дизельного двигателя

Дизельные двигатели в два раза эффективнее бензиновых (в лучшем случае около 40–45 процентов).Проще говоря, это означает, что при том же количестве топлива вы можете пройти гораздо дальше. На это есть несколько причин. Во-первых, они сильнее сжимаются и работают при более высоких температурах.

Фундаментальная теория работы тепловых двигателей, известная как правило Карно, говорит нам, что эффективность работы дизельного двигателя зависит от высоких и низких температур, между которыми он работает. Дизельный двигатель, который циклически проходит через большую разницу температур (более высокая самая высокая температура или самая низкая более низкая температура), более эффективен.Во-вторых, отсутствие системы зажигания свечи зажигания делает конструкцию более простой, которая может легко сжимать воздух намного сильнее, что делает топливо более горячим и полным, высвобождая больше энергии.

Есть еще одна экономия в эффективности. В бензиновом двигателе, который не работает на полную мощность, вам необходимо подавать больше топлива (или меньше воздуха) в цилиндр, чтобы он продолжал работать; У дизельных двигателей такой проблемы нет, поэтому им нужно меньше топлива, когда они работают с меньшей мощностью. Другим важным фактором является то, что дизельное топливо несет немного больше энергии на галлон, чем бензин, потому что составляющие его молекулы обладают большей энергией, связывающей свои атомы вместе (другими словами, дизельное топливо имеет более высокую плотность энергии, чем бензин).