Что такое мертвые точки и такты ДВС
Количество этапов, входящих в один рабочий цикл ДВС (двигателя внутреннего сгорания), принято считать исходя из числа ходов поршня в цилиндре. Такие этапы получили название такты двигателя. Непосредственно ход поршня определяется его перемещением из одной крайней точки в другую. Они получили наименование мертвые, поскольку если в такой точке произойдет остановка поршня, он не сможет начать движение без внешнего воздействия. Простыми словами мертвые точки – это позиции, при которых движение в текущем направлении поршня прекращается и он начинает обратный ход.
Классификация бензиновых двигателей:
По кол-ву цилиндров
– одноцилиндровые, двухцилиндровые, многоцилиндровые;
По системе охлаждения
– двигатели с жидкостной и воздушной СО.
По типу смазки
– смешанные (топливная смесь перемешивается с маслом), раздельный тип (масло заливается в картер).
По виду применяемого топлива:
бензиновые или многотопливные.
По степени сжатия.
Подразделяют двигатели высокого (E=12…18) и низкого (E=4…9) сжатия.
По способу смесеобразования
— подразделяют на двигатели с внешним смесеобразованием, топливная смесь готовится вне цилиндров двигателя (газовые и карбюраторные), и двигатели с внутренним смесеобразованием (инжекторные – рабочая смесь образуется внутри цилиндров).
По размещению цилиндров
– V-образные, у которых цилиндры располагаются под углом (если угол составляет 180 градусов, то двигатель является оппозитным [с противолежащими цилиндрами]). В «рядных» двигателях цилиндры располагаются вертикально или горизонтально в один ряд.
По способу осуществления рабочего цикла
– двухтактные и четырехтактные.
Двухтактные двигатели
обладают большей мощностью на единицу объема, однако проигрывают в КПД. Поэтому они нашли свое применение там, где важна компактность, а не экономичность (мотоциклы, моторные лодки, бензопилы и другие моторизованные инструменты).
Четырехтактные двигатели
доминируют в остальных средствах передвижения. Интересен тот факт, что двухтактные дизельные двигатели лишены многих недостатков двухтактных бензиновых двигателей, однако применяются в основном на больших судах (иногда на тепловозах и грузовиках).
По частоте вращения:
малооборотистые, повышенной частоты вращения, высокооборотистые.
По предназначению:
стационарные, судовые, автотракторные, авиационные, тепловозные и др.
По способу подачи топлива:
существуют атмосферные двигатели, в которых поступление топлива осуществляется за счет разницы атмосферного давления и давления внутри двигателя, при всасывающем ходе поршня; в двигателях с наддувом горючая смесь подается в цилиндр под давлением, которое поддерживается турбокомпрессором, для увеличения мощности двигателя.
Как работает четырехтактный двигатель
Конструктивно рабочий цикл типового четырехтактного агрегата обеспечивается работой следующих элементов:
- цилиндр;
- поршень – выполняет возвратно-поступательные движения внутри цилиндра;
- клапан впуска – управляет процессом подачи топливовоздушной смеси в камеру сгорания;
- клапан выпуска – управляет процессом выброса отработавших газов из цилиндра;
- свеча зажигания – осуществляет воспламенение образовавшейся топливовоздушной смеси;
- коленчатый вал;
- распределительный вал – управляет открытием и закрытием клапанов;
- ременной или цепной привод;
- кривошипно-шатунный механизм – переводит движение поршня во вращение коленчатого вала.
Рабочий цикл четырехтактного двигателя
Рабочий цикл такого механизма состоит из четырех тактов, в ходе которых реализуются следующие процессы:
- Впуск (нагнетание топлива и воздуха). В начале цикла поршень находится в ВМТ. В момент, когда коленвал начинает вращаться, он воздействует на поршень и переводит его в НМТ. Это приводит к образованию разрежения в камере цилиндра. Распредвал воздействует на клапан впуска, постепенно открывая его. Когда поршень оказывается в крайнем положении клапан полностью открыт, в результате чего происходит интенсивное нагнетание топлива и воздуха в камеру цилиндра.
- Сжатие (увеличение давления горючей смеси). На втором этапе поршень начинает обратное перемещение к верхней мертвой точке такта сжатия. Коленвал совершает еще один поворот, а оба клапана полностью закрыты. Внутреннее давление увеличивается до величины 1,8 МПа и повышается температура горючей смеси до 600 С°.
- Расширение (рабочий ход). При достижении верхней позиции поршнем в камере сгорания устанавливается максимальная компрессия до 5 МПа и срабатывает свеча зажигания. Это приводит к возгоранию смеси и увеличению температуры до 2500 С°. Давление и температура приводят к интенсивному воздействию на поршень, и он начинает вновь перемещаться к НМТ. Коленвал совершает еще поворот, и таким образом, тепловая энергия переходит в полезную работу. Распредвал открывает выпускной клапан, и при достижении поршнем НМТ он полностью раскрыт. В результате отработавшие газы начинают постепенно выходить из камеры, а давление и температура снижаются.
- Выпуск (удаление отработавших газов). Коленвал двигателя поворачивается, и поршень начинает движение в верхнюю точку. Это приводит к выталкиванию отработавших газов и еще большему снижению температуры и уменьшению давления до 0,1 МПа. Далее, начинается новый цикл, в ходе которого указанные процессы вновь повторяются.
В ходе каждого такта коленчатый вал двигателя совершает поворот на 180°. За полный рабочий цикл коленвал поворачивается на 720°.
Четырехтактный двигатель получил широкое распространение. Он может работать как с бензином, так и с дизельным топливом. Отличием рабочего цикла для дизеля является то, что воспламенение топливовоздушной смеси происходит не от искры, а от высокого давления и температуры в конечной точке такта сжатия.
Принцип работы карбюраторного двигателя
Принцип действия карбюраторного двигателя относительно простой и складывается из четырех тактов, которые совпадают с движением вверх и вниз в последовательности один за одним:
- Первый такт — впуск; клапан впуска отворяется и в цилиндр доставляется новая смесь от системы питания.
- Второй такт — сжатие; поршень сдавливает горючую смесь в камере сгорания. Все клапаны прикрыты.
- Третий такт — расширение; происходит возгорание сдавленной горючей смеси от свечи зажигания. Смесь сжигается достаточно быстро при неизменном объеме, который соответствует объему самой камеры сжатия. Это основная характерность работы карбюраторного двигателя. При перегорании формируются газы, которые двигают поршень книзу и передают движение коленвалу.
- Четвертый такт — впрыск; коленвал вращается и выбрасывает из цилиндра отработанные газы через приоткрытый клапан выпуска.
На этом один рабочий цикл карбюраторного двигателя заканчивается.
При первом такте клапан впуска уже в открытом виде при подходе поршня и благодаря высокой скорости движения поршня рабочая смесь продвигается к цилиндру и еще какое-то время при поднятии поршня во втором такте.
Искра поджигает рабочую смесь до того, как в цилиндре образуется высокое давление. В четвертом такте клапан выпускает отработанные испарения, чем очищает цилиндр еще до подхода поршня. Однако выход газов не прекращается даже после подхода поршня. Затем происходит запуск новой порции рабочей смеси, которая опять проходит в цилиндр.
Отсюда следует, что в работе между первым и четвертым тактом единовременно открываются клапаны впуска и выпуска, то есть происходит перекрытие клапанов. За момент перекрытия цилиндр очищается и в нем происходит разрежение, которое помогает выгоднее заполнить цилиндр горючей смесью при первом такте.
В таком двигателе происходит наружное образование рабочей смеси с ее сжатием и вынужденным поджиганием. На сегодняшний день как топливо чаще используется бензин, но они могут отлично выполнять свою работу и на газу.
Также популярны дизельные двигатели, где поджигание происходит от сжатия, их принцип работы зависит от нагревания газа при сжатии. Когда сжатие повышается, температура также поднимается. В это время в камеру сгорания через форсунку происходит впрыск топлива, которое поджигается и от полученных газов поршень передвигается. Сгорание топлива происходит после начала движения поршня.
Выше указан принцип работы одноцилиндрового двигателя, но он не способен создать условия непрерывного вращения с одинаковой скоростью. Расширенные газы оказывают действие на коленвал для его 1/4 части оборота, оставшиеся ¾ оборота движения поршня происходят по инерции.
Для ликвидации такой недоработки двигатели делают многоцилиндровыми, что способствует наиболее равномерному вращению и неизменному крутящему моменту.
Особенности работы двухтактных моторов
Основой того, чем отличается двухтактный двигатель от четырехтактного, можно назвать тот факт, что в первом за один рабочий цикл коленвал совершает два оборота, а во втором весь рабочий цикл укладывается в один оборот коленвала (360°). Поршень при этом совершает лишь два хода. Процессы, происходящие в камере сгорания в течение рабочего цикла у двухтактного мотора, не отличаются от четырехтактных, но впуск горючей смеси и выпуск отработавших газов выполняются одновременно с тактами сжатия и расширения.
Процесс одновременного удаления отработавших газов и нагнетания в цилиндр свежего заряда, происходящий в двухтактном двигателе, получил название продувка.
Принцип работы простейшего двухтактного двигателя заключается в следующем:
- Такт сжатия. В начале цикла поршень находится в НМТ и движется в положение ВМТ такта сжатия. При этом происходит перекрытие окна продувки (впуска), а затем канала выпуска. В момент, когда поршень закрывает окно выпуска, начинается сжатие горючей смеси, и в пространстве под поршнем возникает разрежение. Это обеспечивает нагнетание топлива в камеру через приоткрытый клапан впуска.
- Такт расширения (рабочего хода). Когда поршень приближается к ВМТ, происходит срабатывание свечи зажигания, и горючая смесь воспламеняется. Это провоцирует резкое повышение давления и температуры, в результате чего поршень начинает движение вниз. Таким образом, газы совершают полезную работу, а поршень при движении к НМТ увеличивает компрессию топливовоздушной смеси. С ростом давления клапан начинает закрываться и препятствует попаданию горючей смеси во впускной коллектор. При достижении поршнем выпускного окна, происходит открытие последнего, и отработавшие газы удаляются в систему выхлопа. Давление в камере снижается, а дальнейшее движение поршня открывает канал продувки и топливовоздушная смесь подается в камеру, вытесняя отработавшие газы.
Процесс работы дизельного ДВС
Как следует из названия, рабочий цикл четырехтактного ДВС состоит из 4-х тактов: впуска, сжатия, расширения и выпуска. Четыре такта соответствуют двум оборотам коленчатого вала и четырем ходам поршня. Ход поршня – это его перемещение от верхней мертвой точки (ВМТ) к нижней (НМТ) или наоборот. Это одна из важнейших характеристик двигателя, которая определяет степень сжатия топливной смеси, а значит, и мощность мотора.
Первый такт – такт впуска – в дизельном двигателе представляет собой впуск воздуха через открывающийся впускной клапан. Поршень перемещается от ВМТ к НМТ, создавая разрежение в камере сгорания, что способствует втягиванию воздуха во внутрь цилиндра.
Такт сжатия – это процесс сжатия воздуха при перемещении поршня от НМТ к ВМТ при закрытых клапанах. При этом в камере сгорания уменьшается объем, увеличивается давление и повышается температура. Немного раньше, чем поршень займет свое верхнее положение, через форсунку впрыскивается дизельное топливо. При взаимодействии с горячим воздухом оно воспламеняется.
Такт расширения (рабочий ход) характеризируется резким повышением температуры и давления за счет сгорания топлива. Газы давят на поршень, перемещая его из ВМТ в НМТ, что и является основной движущей силой мотора.
Такт выпуска – удаление отработанных газов из камеры сгорания через выпускной клапан. Поршень поднимается к ВМТ, выталкивая продукты сгорания наружу.
После такта выпуска снова идет такт впуска, и так по кругу.
Работа всех 4ех тактных двигателей одинакова, будь то дизельный двигатель или бензиновый.
Рабочий цикл четырехтактного дизеля
Добрый день. Рассмотрим
, что происходит что
происходит
в одном из цилиндров
работающего
дизеля.
Впуск — первый такт.
Поршень
движется вниз и, подобно насосу, воздет разрежение. Под
влияние
разности давлений чистый
воздух
заполняет цилиндр.
Выпускной
клапан закрыт. В конце такта
закрывается
и впускной клапан.
В конце такта давление в цилиндре составляет 0,09 МПа, а температура — 30-50 градусов.
Сжатие — второй такт.
Поршень
продолжает
движение
и перемещается вверх. Два клапана
закрыты
, поэтому создается избыточное давление, а температура растет.
Температура
достигает 600 градусов, а
давление
достигает 4 МПа.
В конце
такта в цилиндра впрыскивается порция
дизельного
топлива в
мелкораспыленном состоянии
через форсунку. Мелкие частицы топлива, соприкасаясь с горячим сжатым воздухом и стенками
цилиндра
, воспламеняются и
большая
часть их сгорает.
Расширение или рабочий ход — третий такт.
Поршень идет вниз. Во время этого такта топливо
все сгорает. Клапана при рабочем ходе закрыты.
Температура
газов при сгорании достигает 2000 градусов, а
давление
повышается до 8 МПа.
Под большим давлением
расширяющихся газов
поршень
перемещается вниз и передает воспринимаемое им усилие через
шатун
на коленчатый вал, заставляя его вращаться.
В конце такта давление
снижается до 0,4 МПа, а температура до 700
градусов
.
Выпуск — четвертый такт.
Поршень
перемещается вверх, а
выпускной
клапан открывается.
Отработавшие
газы удаляются из
цилиндра
сначала под действием давления, а затем уже
поршень
выталкивает их.
В конце такта капан выпускной
закрывается, а впускной
открывается
.
Рабочий цикл повторяется
.
Подписывайтесь
на канал и
ставьте
лайк!
Источник
Рабочий цикл четырехтактного дизеля
В отличие от карбюраторного двигателя в цилиндр дизеля воздух и топливо вводятся раздельно.
Такт впуска
Поршень движется от в.м.т. к н.м.т. (рисунок а), впускной клапан открыт, в цилиндр поступает воздух.
Такт сжатия
Оба клапана закрыты. Поршень движется от н.м.т. к в.м.т. (рисунок б) и сжимает воздух. Вследствие большой степени сжатия (порядка 14…18) температура воздуха становится выше температуры самовоспламенения топлива.
Рисунок. Рабочий цикл одноцилиндрового четырехтактного дизеля: а — такт впуска; б — такт сжатия; в — такт расширения; г — такт выпуска
В конце такта сжатия при положении поршня, близком к в.м.т., в цилиндр через форсунку начинает впрыскиваться жидкое топливо. Устройство форсунки обеспечивает тонкое распыливание топлива в сжатом воздухе.
Топливо, впрыснутое в цилиндр, смешивается с нагретым воздухом и оставшимися газами, образуется рабочая смесь. Большая часть топлива воспламеняется и сгорает, давление и температура газов повышаются.
Такт расширения
Оба клапана закрыты. Поршень движется от в.м.т. к н.м.т. (рисунок в). В начале такта расширения сгорает остальная часть топлива.
