Будівельні машини і устаткування, довідник
До атегорія:
Технічне обслуговування автомобілів
Робочим циклом двигуна називається періодично повторюється ряд послідовних процесів, що протікають в кожному циліндрі двигуна і обумовлюють перетворення теплової енергії в механічну роботу.
Якщо робочий цикл здійснюється за два ходи поршня, тобто. Е. За один оборот колінчастого валу, то такий двигун називається двотактним. В даний час двотактні двигуни на автомобілях не застосовують, а використовують лише на мотоциклах і як пускові двигуни на тракторах. Це пов'язано перш за все з тим, що вони мають порівняно високий витрата палива і недостатнє наповнення горючої суміші через погану очищення циліндрів від відпрацьованих газів.
Автомобільні двигуни працюють, як правило, по чотиритактному циклу, який відбувається за два оберти колінчастого вала або чотири ходу поршня і складається з тактів впуску, стиснення, розширення і випуску.
У карбюраторному чотиритактному одноциліндровий двигун (рис. 1.3) робочий цикл відбувається наступним чином.
Мал. 1. Робочий цикл чотиритактного одноциліндрового карбюраторного двигуна
Такт впуску. Поршень знаходиться в в.м.т. і в міру обертання колінчастого вала (за один його напівоберт) переміщається від в.м.т. до н.м.т. При цьому впускний клапан відкритий, а випускний клапан закритий. При русі поршня вниз обсяг над ним збільшується, тому в циліндрі створюється розрядження, рівне 0,07-0,095 МПа, в результаті чого свіжий заряд горючої суміші, що складається з парів бензину і повітря, засмоктується через впускний трубопровід в циліндр.
Від зіткнення свіжого заряду з нагрітими деталями в кінці такту впуску він має температуру 75-125 ° С.
Ступінь заповнення циліндра свіжим зарядом характеризується коефіцієнтом наповнення, який для високооборотних карбюраторних двигунів знаходиться в межах 0,65-0,75. Чим вище коефіцієнт наповнення, тим більшу потужність розвиває двигун.
Такт стиску. Після заповнення циліндра горючою сумішшю при подальшому обертанні колінчастого вала поршень переміщається від н.м.т. до в.м.т. Впускний клапан 4 закривається, а випускний 6 закритий. У міру стиснення горючої суміші температура і тиск її підвищуються. Залежно від ступеня стиснення тиск в кінці такту стиснення може становити 0,8-1,5 МПа, а температура газів 300- 450 ° С.
Такт розширення, або робочий хід. В кінці такту стиснення горюча суміш запалюється від електричної іскри, яка виникає між електродами свічки, і швидко згоряє, в результаті чого температура і тиск утворюються газів різко зростають, поршень при цьому переміщується від в.м.т. до н.м.т. Максимальний тиск газів на поршень при згорянні для карбюраторних двигунів знаходиться в межах 3,5-5 МПа, а температура газів 2100-2400 ° С.
При такті розширення шарнірно пов'язаний з поршнем шатун здійснює складний рух і через кривошип передає обертання колінчастого валу. При розширенні гази здійснюють корисну роботу, тому хід поршня при цьому такті колінчастого вала називають робочим ходом. В кінці робочого ходу поршня тиск в циліндрі знижується до 0,3-0,75 МПа, а температура - до 900-1200 ° С.
Такт випуску. Колінчастий вал через шатун переміщує поршень від н.м.т. до в.м.т. При цьому випускний клапан відкритий і продукти згоряння виштовхуються з циліндра в атмосферу через випускний трубопровід. На початку процесу випуску продуктів згоряння тиск в циліндрі значно вище атмосферного, але до кінця такту воно падає до 0,105-0,120 МПа, а температура газів на початку такту випуску становить 750 900 ° С, знижуючи до його кінця до 500-600 ° С. Повністю очистити циліндри двигуна від продуктів згоряння практично неможливо (занадто мало часу), тому при подальшому впуску свіжої горючої суміші вона перемішується з залишковими відпрацьованими газами і називається робочою сумішшю.
Коефіцієнт залишкових газів характеризує ступінь забруднення свіжого заряду відпрацьованими газами і являє собою відношення маси продуктів згоряння, що залишилися в циліндрі, до маси свіжої горючої суміші. Для сучасних карбюраторних двигунів коефіцієнт залишкових газів знаходиться в межах 0,06-0,12.
По відношенню до робочого ходу такти впуску, стиснення і випуску є допоміжними.
Робочі цикли чотиритактного дизеля і карбюраторного двигуна істотно розрізняються за способом сумішоутворення і займання робочої суміші. Основна відмінність полягає в тому, що в циліндр дизеля при такті впуску надходить не горюча суміш, а повітря, який через велику ступеня стиснення нагрівається до високої температури, а потім в нього впорскується мелкораспиленное паливо, яке під дією високої температури повітря самозаймається.
У чотиритактному дизелі робочі процеси відбуваються наступним чином.
Такт впуску. При русі поршня від в.м.т. до н.м.т. внаслідок утворюється розрядження з воздухоочистителя в порожнину циліндра через відкритий впускний клапан 5 надходить атмосферне повітря. Тиск повітря в циліндрі становить 0,08-0,95 МПа, а температура 40-60 ° С.
Такт стиску. Поршень рухається від н.м.т. до в.м.т. Впускний 5 і випускний 6 клапани закриті, внаслідок цього переміщається вгору поршень стискає наявний в циліндрі повітря. Для займання палива необхідно, щоб температура стисненого повітря була вище температури самозаймання палива. Через високий ступінь стиснення температура повітря досягає 550-700 ° С при тиску повітря всередині циліндра 4,0-5,0 МПа.
Такт розширення, або робочий хід. При підході поршня до в.м.т. в циліндр через форсунку впорскується дизельне паливо, що подається паливним насосом. Впорснути паливо, перемішуючись з нагрітим повітрям, самозаймається і починається процес згоряння, що характеризується швидким підвищенням температури і тиску. При цьому максимальний тиск газів досягає 6-9 МПа, а температура 1800-2000 ° С. Під дією тиску газів поршень переміщується від в.м.т. до н.м.т. Відбувається робочий хід. Близько н.м.т. тиск знижується до 0,3-0,5 МПа, а температура-до 700-900 ° С.
Такт випуску. Поршень переміщається від н.м.т. до в.м.т. і через відкритий випускний клапан 6 відпрацьовані гази виштовхуються з циліндра. Тиск газу знижується до 0,11-0,12 МПа, а температура - до 500-700 ° С. Після закінчення такту випуску при подальшому обертанні колінчастого вала робочий цикл повторюється в тій же послідовності.
Показники роботи двигуна. Робота, що здійснюється газами в одиницю часу всередині циліндра двигуна, називається індикаторною потужністю.
Мал. 2. Робочий цикл чотиритактного дизеля
Потужність, що отримується на колінчастому валу двигуна, називається ефективною потужністю. Вона менше індикаторної на значення потужності, що витрачається на насосні втрати і на тертя в криво-шіпно-шатунном і газорозподільному механізмах двигуна, а також на приведення в дію вентилятора, рідинного насоса і інших допоміжних пристроїв.
Таким чином, ефективна потужність менше, ніж індикаторна потужність, через механічних втрат, які витрачаються в механізмах і системах двигуна. На підставі цього механічним ККД (Коефіцієнтом корисної дії) двигуна називають відношення ефективної потужності до індикаторної.
Механічний ККД карбюраторних двигунів становить 0,70- 0,85, а дизелів - 0,73-0,87.
Показники потужності двигуна в значній мірі визначаються кількістю теплоти, перетвореним в корисну роботу. Ступінь використання теплоти, введеної в двигун з паливом, оцінюють ефективним к.к.д., який являє собою відношення кількості теплоти Qe, перетвореної в ефективну роботу, до кількості теплоти Qt, що виділилася в результаті згорання
Мал. 3. Схеми компонування циліндрів двигунів
-
Дизель. Розглянемо процес протікання кожного такту в циліндрі дизеля (рис. 7).
Перший такт - впуск. Циліндр заповнюється повітрям, кисень якого забезпечує спалювання палива. Чим більше повітря надходить в циліндр, тим більша кількість палива можна спалити в ньому і тим вище буде тиск газів на поршень при робочому ході (збільшується потужність).
Під час впуску поршень рухається вниз, впускний клапан відкритий, а випускний закритий. Повітря, що надходить в циліндр, нагрівається при змішуванні з гарячими залишковими газами і від нагрітих деталей працюючого дизеля.
До кінця першого такту температура повітря досягає 40 ... 60 ° С, і його щільність зменшується. Крім того, при русі він зустрічає опір у впускних каналах дизеля. З цих причин тиск в циліндрі виявляється нижче атмосферного (0,08 ... 0,09 МПа).
Другий такт - стиск. Поршень переміщається вгору, обидва клапани закриті. Під дією поршня повітря стискається в 15 ... 17 раз (ступінь стиснення е = 15 ... 17) і при цьому нагрівається. Тиск в кінці стиснення доходить до 3 ... 4 МПа, а температура - до 550 ... 600 ° С, що значно перевищує температуру самозаймання палива.
Мал. 4. Схема робочого циклу одноциліндрового чотиритактного дизеля: 1 - форсунка; 2 - паливний насос.
Третій такт - розширення. Перед самим закінченням такту стиснення, коли поршень майже дійшов до ст. м.т., в циліндр через форсунку впорскується порція палива. Велика частина його відразу ж запалюється і згорає. Температура газів підвищується до 2000 ... 2100 ° С, а тиск - до 5,5 ... 8,0 МПа. Під таким тиском розширюються газів поршень переміщується вниз і через шатун провертає колінчастий вал. У процесі розширення згорає інша частина уприснуло палива. У міру переміщення поршня тиск газів в циліндрі падає, а температура зменшується. До кінця третього такту тиск знижується до 0,2 ... 0,3 МПа, а температура - до 600 ... 650 ° С.
Четвертий такт - випуск. Впускний клапан закритий, а випускний відкритий. З циліндра виштовхуються відпрацьовані гази. Тиск решти газів падає до 0,11 ... 0,12 МПа. Температура відпрацьованих газів в місці виходу з циліндра становить 400 ... 500 ° С.
Далі робочий цикл повторюється.
Карбюраторний двигун. Подібним чином розглянемо робочий цикл чотиритактного карбюраторного двигуна.
Такт впуску. Випускний клапан закритий, а впускний відкритий. При русі поршня від в. м. т. вниз циліндр заповнюється сумішшю палива з повітрям. Така суміш готується в спеціальному приладі - карбюраторі і називається горючою сумішшю. Поступаючи в циліндр, вона перемішується з залишковими газами, в результаті чого утворюється робоча суміш.
Тиск робочої суміші в циліндрі при такті впуску через опір в карбюраторі нижче, ніж в циліндрі дизеля, і становить 0,07 ... 0,08 МПа. Температура робочої суміші підвищується 60 ... 120 ° С в основному за рахунок високої температури залишкових газів.
Такт стиску. При цьому такті, як і в дизелі, робоча суміш, стискаючи, нагрівається. Зі збільшенням ступеня стиснення зростає тиск і температура суміші, а також швидкість її згоряння. В результаті підвищується економічність і потужність двигуна. Але при підвищеній температурі виникає небезпека передчасного займання (самозаймання) суміші. Щоб уникнути цього, робочу суміш стискають незначно (е = 4 ... 8). Тиск в циліндрі наприкінці такту стиснення - 0,9 ... 1,2 МПа, а температура не перевищує температури самозаймання, доходячи лише до 330 ° С.
Такт розширення. Перед закінченням такту стиснення між електродами іскровий свічки запалювання проскакує електричний заряд. Іскра запалює робочу суміш. Температура газів, що горять доходить до 2500 ° С, а тиск підвищується до 3,0 ... 4,5 МПа. Під дією сили тиску газів поршень переміщується вниз. До кінця . третього такту тиск знижується до 0,3 ... 0,4 МПа, а температура - до 900 ... 1200 ° С.
Такт випуску відбувається так само, як в дизелі, але при кілька більш високій температурі газів.
Порівняльна оцінка дизеля і карбюраторного двигуна.
У порівнянні з карбюраторним (бензиновим) двигуном дизель має такі переваги:
- дизель економічніше: на одиницю виконаної роботи внаслідок високого ступеня стиснення він витрачає на 25% менше палива;
- паливо, на якому працює дизель, менш небезпечно в пожежному відношенні і чинить менший корозійне дію на деталі, ніж бензин.
Недоліки дизеля:
- через високого тиску газів в циліндрах, корпус та інші деталі, що працюють зі значними навантаженнями, важче і мають великі розміри;
- для пуску дизеля потрібно більш потужний стартер або спеціальний карбюраторний пусковий двигун;
- дизель працює зі значним надлишком повітря, тому розміри циліндрів і інших деталей і складальних одиниць збільшено.
Реклама:
Читати далі: Блок і головка циліндрів
До атегорія: - Технічне обслуговування автомобілів
