Принцип работы и основная характеристика

Рабочий цикл ДВС (двигателя внутреннего сгорания) состоит из ряда процессов, при которых усиливается мощность двигателя, воздействующего на коленчатый вал. Состоит рабочий цикл из нескольких этапов:

  • цилиндр заполняется топливной смесью;
  • смесь сжимается;
  • топливная смесь воспламеняется;
  • газы расширяются и цилиндр очищается.

В ДВС поршень двигается в одном направлении (вниз или вверх). Коленчатый вал совершает один оборот в два такта. Рабочим ходом поршня называют тот, при котором совершается полезная работа, и расширяются сгоревшие газы.

Двухтактными называют двигатели, в которых цикл совершается в один оборот коленчатого вала или за два такта. Четырехтактные агрегаты характеризуются совершением рабочего цикла за два оборота коленвала или за четыре такта.

Основные характерные показатели 4 тактного двигателя:

  1. За счет движения рабочего поршня происходит обмен газов.
  2. Агрегат оснащен газораспределительным механизмом, позволяющим цилиндровую полость переключать на впуск и выпуск.
  3. Происходит обмен газов в момент отдельного полуоборота коленвала.
  4. Шестерные редукторы и ременная цепная передача дают возможность изменить моменты впрыскивания бензина, зажигания и привода газораспределительного механизма по отношению к частоте вращения коленвала.

Читайте также:  Как подключить газовое оборудование на инжектор ваз 2110Работа четырехтактного
Работа двухтактного
Где используется
поршневой двигатель в автомобилях

РАБОЧИЙ ЦИКЛ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

Рабочий цикл — это строгая последовательность рабочих процессов (тактов), периодически повторяющихся в каждом цилиндре. Каждый такт соответствует одному проходу поршня.

Двигатели внутреннего сгорания бывают четырехтактными и двухтактными. Принципиальная разница между ними заключается в следующем: в четырехтактном двигателе один рабочий цикл происходит за четыре хода поршня, а в двухтактном — за два хода. Двухтактные двигатели используются в основном на мотоциклах, моторных лодках, скутерах и т. п. Поэтому здесь будем вести речь о четырехтактном двигателе внутреннего сгорания — именно такими моторами оснащаются легковые автомобили.

Рабочий цикл четырехтактного двигателя внутреннего сгорания включает в себя следующие такты.

1. Первый такт — впуск горючей смеси в цилиндр двигателя. Нужно сказать, что в цилиндре происходит сгорание топлива не в чистом виде, а смеси его паров с воздухом (горючая смесь). В советских автомобилях за приготовление такой смеси отвечал специальный прибор — карбюратор. Однако в современных автомобилях карбюраторы давно не применяются — данный процесс контролируется электроникой (прибором, который называется инжектор).

Примечание.

Для бензинового двигателя внутреннего сгорания оптимальной является горючая смесь, состоящая из 1 части бензина и 15 частей воздуха (то есть 1:15).

Рекомендуем: Самые надежные и долговечные двигатели

Горючая смесь попадает в цилиндр при открывшемся впускном клапане (напомню, что в нужный момент на него давит кулачок распределительного вала). В момент открытия впускного клапана поршень всегда расположен в ВМТ и начинает перемещаться вниз к НМТ. При этом над поршнем возникает разрежение, под воздействием которого в цилиндр поступает горючая смесь. Иными словами, при движении вниз к НМТ поршень засасывает горючую смесь в цилиндр через открывшийся впускной клапан. Как только поршень достигнет НМТ, клапан под воздействием мощной пружины возвращается на прежнее место и плотно закрывает впускное отверстие.

Когда горючая смесь попадает в цилиндр, она перемешивается с остатками имеющихся в нем выхлопных газов. Такая смесь называется рабочей, и именно она будет сгорать в камере сгорания.

На протяжении первого такта работы мотора кривошип коленчатого вала (рис. 1.4) проворачивается на пол-оборота.

Рис. 1.4. Коленчатый вал двигателя.

2. Исходное положение для начала второго такта таково: поршень находится в НМТ, впускной клапан плотно закрыт, цилиндр заполнен рабочей смесью. Во время второго такта поршень перемещается от НМТ к ВМТ, сжимая в процессе этого находящуюся в цилиндре рабочую смесь.

Опытным водителям хорошо знакомо такое понятие, как степень сжатия. Данный показатель информирует о том, во сколько раз сокращается объем рабочей смеси при достижении поршнем ВМТ. Отмечу, что степень сжатия — одна из наиболее значимых технических характеристик любого автомобиля.

В процессе сжатия рабочей смеси ее температура существенно повышается. При достижении поршнем ВМТ она равняется примерно +300… 400 °С. Что касается давления внутри цилиндра, то оно при этом составляет порядка 9-10 кг/см.

Второй такт заканчивается при достижении поршнем ВМТ. В этот момент рабочая смесь максимально сжата. За второй такт кривошип коленчатого вала проворачивается еще на пол-оборота. Следовательно, за два такта коленчатый вал делает один полный оборот.

Читайте также:  Типы автомобильных двигателей и их параметры

3. Как отмечалось ранее, принцип работы двигателя внутреннего сгорания заключается в преобразовании тепловой энергии в механическую. Это происходит на третьем этапе работы двигателя, который называется рабочим ходом. Когда поршень находится в ВМТ, а рабочая смесь максимально сжата, между электродами свечи зажигания возникает электрическая искра, что вызывает воспламенение рабочей смеси (это происходит в камере сгорания). В результате на поршень, находящийся в ВМТ, оказывается мощное давление. Клапаны в этот момент плотно закрыты, продуктам горения деваться некуда, и именно они давят на поршень, который под воздействием этого давления вынужден двигаться вниз к НМТ. При этом он передает энергию своего движения через шатун на кривошип коленчатого вала, тем самым вынуждая его вращаться. Именно это вращение является движущей силой автомобиля.

Примечание.

Давление на поршень во время третьего такта рабочего цикла двигателя достигает 40 кг/см.

Во время третьего такта коленчатый вал двигателя проворачивается еще на пол-оборота.

4. Последний, четвертый такт рабочего цикла — выпуск отработанных газов. Он начинается, когда после третьего такта поршень находится в НМТ и начинает двигаться вверх. В этот момент под воздействием соответствующего кулачка распределительного вала открывается выпускной клапан и движущийся вверх поршень выдавливает выхлопные газы из цилиндра. Сразу после этого клапан плотно закрывает выпускное отверстие. Затем выхлопные газы через глушитель и выхлопную трубу выводятся наружу.

Четвертый такт завершается, когда поршень достиг ВМТ и плотно закрылся выпускной клапан.

В течение четвертого такта коленчатый вал проворачивается еще на пол-оборота. Следовательно, за четыре такта работы (на протяжении одного рабочего цикла) коленчатый вал делает два полных оборота.

После четвертого такта опять начинается первый такт и т. д.



Компоненты двигателя: где и как сгорает смесь

Самое важное происходит в корпусе двигателя, который объединяет блок цилиндров (слева на фото) и головку блока цилиндров (справа на фото).

Блок цилиндров содержит полые внутри цилиндрические трубки, в которых размещаются поршни.

Головка блока цилиндров (ГБЦ) монтируется на блок цилиндров и образует герметичные (т. е. непроницаемые для посторонних жидкостей и газов) камеры сгорания.

Внутри камеры сгорания устанавливаются поршни — детали цилиндрической формы, совершающие возвратно-поступательные движения под действием сгорания смеси.

Поршни — часть кривошипно-шатунного механизма (КВШ), комплекса деталей, который преобразует движения поршня во вращение коленчатого вала. Последний и двигает колеса автомобиля. Так выглядит КВШ вместе с поршнями двигателя:

В головке блока цилиндров находятся упомянутые выше форсунки — вместе со свечами зажигания (в бензиновом моторе) и клапанами. Свечи зажигания производят электрическую искру, предназначенную для воспламенения топливно-воздушной смеси.

! — Если автомобиль оснащен непосредственным впрыском топлива (в камеру сгорания), форсунки находятся в ГБЦ, а если впрыск распределительный — форсунки установлены во впускном коллекторе вблизи впускных клапанов.

Клапаны относятся к механизму газораспределения и внешне напоминают большие гвозди:

Такая форма дана им неслучайно: нижней, выпуклой частью они закрывают и открывают впускные и выпускные отверстия в камере сгорания, поочередно впуская подготовленную топливно-воздушную смесь или воздух и выпуская отработанные газы. Соответственно, в зависимости от своей роли клапаны бывают впускными и выпускными.

Обычно на один цилиндр приходится от двух до четырех клапанов. За то, чтобы «доступ» в камеру сгорания открывался вовремя, и отвечает механизм газораспределения (ГРМ), в который выходят клапаны. В зависимости от мотора ГРМ приводится в действие ремнем или цепью.

Рассмотрим цилиндр в разрезе:

История

Приблизительно в 1854—1857 годах итальянцами Феличче Матоци и Евгением Барсанти было создано устройство, которое по имеющимся сегодня сведениям было похоже на четырехтактный мотор. Изобретение итальянцев было утеряно и только в 1861 году. Алфоном де Роше был запатентован двигатель такого типа.

Впервые пригодный к работе четырехтактный мотор создал немецкий инженер Николаус Отто. В его честь был назван четырехтактный цикл работы циклом Отто, а 4-тактный мотор, применяющий свечи зажигания, называют двигателем Отто.

Устройство автомобиля для чайников

На каждом штифте установлены по два шатуна: на первом — шатун первого и четвертого цилиндров, на втором — второго и пятого, на третьем — третьего и шестого цилиндров. Кривошипно-шатунные механизмы V-образных четырехтактных двигателей и схемы их работы показаны на рисунке 3.

Читайте также:  Ремонт двигателя Д 240/Д245 в грузовых автомобилях(Зил, Маз,МТЗ,Волдай,Газ,Паз). ГАЗ-3310 Валдай — средний грузовик с хорошей грузоподъемностью для современных городов

Порядок работы цилиндров в таком двигателе 1-4-2-5-3-6.

В этих двигателях невозможно добиться равномерного чередования ходов цилиндров. Они проходят через 90˚ и 150˚.

Если первый цилиндр движется, четвертый цилиндр начинается под углом 90 °, второй цилиндр — под углом.150 °, пятый — 90 °, шестой — 150 °, что является существенным недостатком данного конструктивного решения расположения цилиндров в шестицилиндровом двигателе.

Читайте также:  УАЗ 469 (UAZ 469) ЗМЗ 402 2.4 8v 100 л.с – честный обзор: особенности, характеристики и достоинства модели

Схема работы двигателя внутреннего сгорания: четыре такта

Теперь давайте подробно рассмотрим все четыре такта работы двигателя (рисунок 2).

Рисунок 2. Схематическое изображение работы двигателя внутреннего сгорания

Первый такт (рисунок 2, а):

  • При повороте коленчатого вала в самом начале такта поршень начинает двигаться вниз 
  • Объем над поршнем увеличивается 
  • В цилиндре образуется разрежение 
  • Открывается клапан 1. В цилиндр поступает горючая смесь
  • Цилиндр заполняется горючей смесью. Клапан 1 закрывается 

Второй такт (рисунок 2, б):

  • Вал продолжает поворачиваться, поршень теперь двигается вверх
  • Таким образом поршень сжимает горючую смесь
  • Поршень доходит до верхней мертвой точки
  • Сжатая горючая смесь воспламеняется от электрической искры (свеча 6) и сгорает

Третий такт (рисунок 2, в):

  • При сгорания смеси образуются газы. Они давят на поршень — толкают его вниз
  • Под действием этих расширяющихся нагретых газов двигатель совершает работу. Поэтому,

Третий такт двигателя — это рабочий ход.

  • Поршень двигается вниз. Его движение передается шатуну и коленчатому валу
  • Получив сильный толчок, коленчатый вал с маховиком продолжают вращение по инерции. При этом они приводят в движение поршень при последующих тактах

Заметьте, что на втором и третьем тактах двигателя клапаны закрыты. 

  • В конце такта открывается клапан 2. Продукты сгорания начинают выходить из цилиндра в окружающую среду

Четвертый такт (рисунок 2, г):

  • Идет выход продуктов сгорания из цилиндра (клапан 2 открыт)
  • Поршень движется вверх
  • В конце этого такта клапан 2 закрывается

Итак,

Цикл двигателя состоит из четырех тактов:
впуск
сжатие
рабочий ход
выпуск

<текстареа>{«questions»:[{«content»:»На третьем такте двигателя внутреннего сгорания[[choice-1]]»,»widgets»:{«choice-1»:{«type»:»choice»,»options»:[«расширяющиеся нагретые газы совершают механическую работу»,»Поршень движется вниз»,»Поршень движется вверх»,»Открыт клапан 2″,»В конце такта открывается клапан 2″,»в цилиндр поступает горючая смесь через клапан 1″],»answer»:[0,1,4]}}}]}

Особенности работы 4-х тактного двигателя

В двухтактном моторе смазывание поршневых и цилиндровых пальцев, коленвала, поршня, подшипника и компрессорных колец проводят, заливая масло в бензин. Коленчатый вал 4тактного мотора располагается в масляной ванне, что является существенным отличием. Именно поэтому отсутствует необходимость смешивать топливо и добавлять масло. Все, что необходимо сделать владельцу автомобиля — наполнить бензином топливный бак.

Автовладельцу, таким образом, незачем приобретать специальное масло, без которого не может функционировать двухтактный мотор. Кроме того, при наличии четырехтактного мотора на поршневом зеркале и на стенах глушителя уменьшается количество нагара. Еще одно важное отличие — в двухтактном моторе в выхлопную трубу выплескивается горючая смесь, что обусловлено его устройством.

Следует признать, что у четырехтактных двигателей также имеются небольшие недостатки. Например, у них не особо качественными являются рабочие моменты по регулированию теплового клапанного зазора.

Принцип действия

Итак, автомобильный двигатель. Прежде чем рассматривать его устройство, давайте чуть-чуть разберёмся с тем, как работает автомобильный двигатель не вдаваясь в детали.

У каждого двигателя есть свой рабочий цикл.

Рабочий цикл двигателя — периодически повторяющиеся процессы в двигателе по преобразованию тепловой энергии в механическую.

У каждого двигателя есть цилиндры, в которых ходят поршни. Это главное место, где происходит самый главный процесс.

ВМТ — Верхняя Мёртвая Точка.

НМТ — Нижняя Мёртвая Точка.

Такт — это движение поршня от ВМТ к НМТ или от НМТ к ВМТ;

Двигатели могут быть двухтактные и четырёхтактные. Двухтактные двигатели на автомобиле не используются, однако предлагаю быстренько ознакомиться с принципом их работы. Для общего образования, так сказать.

Конструкция агрегата

Распредвал четырехтактного мотора размещается в крышке цилиндра. Он приводится в действие ведущим колесом, вмонтированном в коленчатый вал. Распределительный вал открывает и закрывает один из клапанов: выпускной или впускной, в зависимости от расположения поршня. На распределительном вале также расположены кулачки, которые приводят в действие клапанные коромысла.

Коромысла после срабатывания, начинают воздействовать на определенный клапан и открывают его. Важно, что между регулировочным винтом и клапаном должен быть тепловой зазор (узкий промежуток). При нагреве металл расширяется, поэтому, если зазор слишком маленький или его нет вообще, клапаны не могут закрыть полностью каналы выпуска и впуска.

У клапана впуска зазор должен быть меньше, чем у клапана выпуска, потому как газы выхлопа горячее, чем смесь. Соответственно клапан впуска нагревается меньше, чем клапаны выпуска.

Конструктивные особенности и различия

Двухтактный двигатель отличается от четырехтактного не только тем, за сколько тактов работы происходит газообмен.

Четырехтактный требует наличия системы газораспределения (впускные и выпускные клапаны, распределительный вал с кулачковым механизмом и т. д. ). В двухтактном такой системы нет, благодаря этому он гораздо проще.

Двигатель с четырьмя тактами работы требует полноценной системы смазки из-за большого количества движущихся и трущихся частей. Для смазки двигателя с двумя тактами работы можно использовать масло просто разводя его вместе с топливом.

Горючая смесь поступающая в цилиндры приготавливается





Система питания карбюраторного двигателя

Образование горючей смеси

Для приготовления горючей смеси, подачи ее в цилиндры двигателя и отвода отработавших газов предназначена система питания карбюраторного двигателя, которая состоит из четырех групп приборов.

Первая группа обеспечивает хранение, очистку и подачу бензина. К ней относятся: бензиновый бак, указатель уровня бензина, бензиновый кран, бензиновый насос, бензиновый фильтр и бензопроводы.

Воздушный фильтр и воздухопровод, представляющие собой вторую группу приборов, очищают и подают воздух.

Третья группа — это карбюратор и впускной трубопровод. В карбюраторе из бензина и воздуха приготовляется горючая смесь, а впускной трубопровод подводит ее от карбюратора к цилиндрам двигателя.

В четвертую группу приборов входят выпускной трубопровод, который отводит отработавшие газы из цилиндров двигателя, и глушитель для уменьшения шума при выпуске отработавших газов.

В современных быстроходных двигателях в каждом цилиндре происходит от 3 (на холостом ходу) до 40 (при максимальномчис-ле оборотов) вспышек в секунду. Следовательно, при максимальном числе оборотов коленчатого вала процесс сгорания продолжается не более 0,003-0,005 сек. Быстрое сгорание бензина в цилиндрах двигателя обеспечивается его предварительной’ подготовкой: распыливанием, испарением и тщательным перемешиванием с воздухом. Смесь паров и мелких капель топлива с воздухом, способная гореть в цилиндре двигателя, называется горючей смесью.

Горючая смесь приготовляется в смесительной камере карбюратора.

Поступающий из атмосферы под действием разности давлений воздух проходит через смесительную камеру с большой скоростью, которая особенно велика в месте сужения смесительной камеры — диффузоре. Бензин подводится распылителем к той части диффузора, в которой воздух движется с наибольшей скоростью. Количество поступающего бензина регулируется калиброванным отверстием — жиклером, а количество горючей смеси, поступающей в цилиндры двигателя, — дроссельной заслонкой.

В поплавковой камере карбюратора поддерживается постоянный уровень бензина; следовательно, и в распылителе при неработающем двигателе бензин находится на таком же уровне.

Читайте также:  Цилиндр в цилиндре три вида

На процесс смесеобразования отводится очень мало времени — 0,017 — 0,17 сек. Поэтому для лучшего испарения бензина горючую смесь подогревают, а бензин предварительно эмульсируют в распылителе.

Процесс наполнения цилиндров двигателя

При движении поршня от в. м.т. к н. м. т. цилиндр наполняется свежим зарядом горючей смеси. Этот процесс называется процессом впуска. Разрежение, которое создается в цилиндре при движении поршня, непостоянно и зависит от числа оборотов двигателя и положения дроссельной заслонки: с увеличением числа оборотов коленчатого вала разрежение в цилиндре увеличиватся; чем больше открыта дроссельная заслонка, тем меньше (разрежение в цилиндре. С прикрытием дроссельной заслонки разрежение в цилиндре увеличивается.

Читайте также:  Штраф или лишение прав за выезд на встречную полосу движения. Выезд на встречную полосу: как выявляют, какое наказание

Весовой заряд горючей смеси, поступающей в цилиндры двигателя, зависит, таким образом, от числа оборотов коленчатого вала и величины открытия дроссельной заслонки. Но, кроме того, он зависит и от степени подогрева горючей смеси. Чем больше число оборотов коленчатого вала, чем выше подогрев горючей смеси и чем меньше открыта дроссельная заслонка, тем меньше величина весового заряда горючей смеси.

Рабочая смесь и процесс горения

В цилиндре двигателя горючая смесь смешивается с остаточными газами; такая смесь уже называется рабочей смесью. Рабочая смесь воспламеняется от электрической искры, и пламя, появившееся у электродов искровой зажигательной свечи, быстро распространяется по всей камере сгорания.

Чем больше скорость сгорания рабочей смеси, чем меньше времени она горит, тем меньше тепла отдается стенкам цилиндров и тем выше давление газов в цилиндре. Рабочая смесь успевает сгореть, когда поршень находится еще в в. м. т. Минимальные потери тепла при большой скорости сгорания смеси и высокое давление газов увеличивают мощность и экономичность двигателя.

Если в цилиндрах двигателя ГАЗ-51 при числе оборотов коленчатого вала 2800 в минуту продолжительность сгорания составляет 0,003 сек, то давление газов равно 36 кг/см 2 , усилие на поршень — 1902 кг и двигатель развивает мощность 70 л. с.

Горение рабочей смеси с небольшой скоростью приводит к понижению давления в цилиндре и уменьшению мощности двигателя.

Если продолжительность сгорания смеси в цилиндрах того же двигателя увеличится до 0,008 сек, а величина опережения зажигания останется неизменной, то давление газов будет равно 12 кг/см 2 , усилие на поршень — 634 кг и мощность двигателя снизится до 23 л. с.

Нормально смесь сгорает со скоростью 20 — 40 м/сек. Чрезмерное увеличение скорости сгорания приводит к излишне резкому нарастанию давления в цилиндрах, в результате чего увеличивается нагрузка на детали механизмов двигателя, возрастает трение между деталями и повышается их износ, а получаемая мощность почти не увеличивается.

Состав смеси

Рабочая смесь к моменту воспламенения ее электрической искрой должна удовлетворять следующим требованиям:

— состав смеси должен быть строго определенным для каждого режима работы двигателя;

— бензин в смеси должен находиться в парообразном состоянии;

— смесь должна быть однородной как внутри одного цилиндра, так и во всех цилиндрах двигателя.

Теоретически подсчитано, что для полного сгорания 1 кг бензина требуется 15 кг воздуха. Смесь, содержащая воздуха столько, сколько теоретически необходимо для полного сгорания находящегося в ней топлива, называется теоретической смесью.

На практике бензин в теоретической смеси полностью не сгорает, так как при смешивании бензина с воздухом не удается до-‘ биться равномерного распределения частиц бензина в воздухе. Одна часть смеси содержит бензин в избытке, а другая, наоборот, — в недостатке. При неполном сгорании бензина уменьшается количество выделяющегося тепла; следовательно, снижается экономичность двигателя. А чтобы весь бензин сгорел полностью, необходимо увеличить количество воздуха в смеси сверх теоретически необходимого. Смесь, содержащая воздуха больше теоретически необходимого количества, называется бедной смесью.

Наивысшая экономичность двигателя получается при работе на несколько обедненной смеси, в которой на 1 кг бензина приходится 17 кг воздуха (смесь характеризуется отношением 17 : 1). Но работа двигателя на бедной смеси сопровождается падением его мощности.

Читайте также:  Мерный цилиндр для спиртометра своими руками

Для увеличения скорости сгорания необходимо сблизить частицы бензина в смеси. Смесь, содержащая воздуха меньше теоретически необходимого количества, называется богатой смесью. Быстрее всего сгорает обогащенная смесь, в которой соотношение воздуха и бензина составляет 13 : 1. Работая на такой смеси, двигатель даст наивысшую мощность. Однако недостаток воздуха в обогащенной смеси приведет к неполному сгоранию бензина, и экономичность двигателя окажется ниже, чем при ,работе на несколько обедненной смеси.

Смеси, в которых на 1 кг бензина приходится менее 6 и более 21 кг воздуха, не воспламеняются от электрической искры.

Состав рабочей смеси оказывает большое влияние не только на мощность и экономичность двигателя, но и на температурный режим двигателя. При медленном сгорании переобедненной смеси поршень за время ее горения проходит от в. м. т. к н. м. т. значительное расстояние. Объем горящих газов и поверхность соприкосновения газов со стенками цилиндров увеличиваются. Количество тепла, отдаваемого стенкам цилиндров и другим деталям двигателя, возрастает, и температура двигателя повышается.

При работе двигателя на переобогащенной смеси скорость сгорания тоже уменьшается, но не так значительно, как при работе на переобедненной смеси. Появление черного дыма из глушителя свидетельствует о работе двигателя на переобогащенной смеси и объясняется неполным сгоранием бензина, при котором в отработавших газах появляются частицы углерода.

Испарение бензина в рабочей смеси должно закончиться полностью к началу горения. Бензин же хорошо испаряется только при прогретом двигателе. Для улучшения испарения бензина стенки впускного трубопровода подогреваются отработавшими газами. Подогрев горючей смеси регулируется в зависимости от температуры окружающего воздуха. Чрезмерно высокий подогрев значительно уменьшает вес горючей смеси, а следовательно, снижает мощность, развиваемую двигателем.

Однородность рабочей смеси характеризуется равномерностью распределения паров и частиц бензина в ее объеме. Однородная рабочая смесь сгорает наиболее полно со скоростью, соответствующей ее составу.

Детонация и преждевременное восцламеяеяие горючей смеси

При некоторых условиях (хмалая величина октанового числа бензина, высокая температура и большое давление в цилиндре) скорость сгорания рабочей смеси резко возрастает и достигает 1500 — 2500 м/сек. Такой вид сгорания называется детонационным.

Взрывная волна вызывает мгновенные, чисто местные повышения давления, но общее увеличение тепловых потерь ведет к снижению экономичности и мощности двигателя. Работа двигателя при детонационном сгорании рабочей смеси, о котором свидетельствуют звонкие стуки в двигателе, ведет к перегреву двигателя, снижению его мощности и увеличению расхода горючего.

Работа двигателя с детонацией недопустима и даже опасна для отдельных его деталей. В большинстве случаев появление детонационного сгорания есть результат неправильно подобранного сорта горючего для двигателя с данной степенью сжатия.

Причинами, вызывающими детонацию, могут быть также нагарообразование на поршне и головке блока, чрезмерно большой угол опережения зажигания, перегрев двигателя.

Чтобы уменьшить или прекратить детонацию, надо уменьшить нагрузку на двигатель (прикрыть дроссель, перейти на пониженную передачу), уменьшить угол опережения зажигания, выбрать надлежащий сорт горючего, поддерживать нормальный тепловой режим двигателя.

Следует отличать детонацию от самовоспламенения рабочей смеси, которое возникает в результате перегрева отдельных деталей двигателя или наличия частиц нагара в камере сгорания.

Работа двигателя с самовоспламенением рабочей смеси сопровождается стуками, падением мощности и перегревом двигателя. В этом случае при выключенном зажигании двигатель будет некоторое время продолжать работать, так как смесь воспламеняется не от искры, а в результате соприкосновения с перегретыми деталями двигателя.

Режимы работы двигателя

Автомобильный двигатель работает в сложных и разнообразных условиях, которые определяются количеством перевозимого груза, скоростью движения, качеством и состоянием дорожного покрытия и другими факторами. В зависимости от этих условий изменяются мощность и число оборотов двигателя.

Читайте также:  Залегание колец в одном цилиндре

Подводимая к ведущим колесам автомобиля мощность должна быть достаточной Для движения автомобиля с требуемой скоростью. При переходе автомобиля с горизонтальной дороги на подъем мощность двигателя для сохранения скорости должна быть увеличена (открытием дроссельной заслонки), а при движении под уклон, наоборот, уменьшена (прикрытием дроссельной заслонки).

Таким образом, при постоянной скорости движения автомобиля мощность двигателя может быть различной. Чем больше открыта дроссельная заслонка, тем больше развиваемая мощность, тем больше нагружен двигатель. Степень использования мощности двигателя называется его нагрузкой, которая выражается обычно в процентах к максимальной мощности при данном числе оборотов.

При движении автомобиля возможно самое разнообразное сочетание нагрузки и числа оборотов, поэтому количество возможных режимов работы его двигателя бесконечно велико,

Выделим четыре наиболее характерных нагрузочных режима двигателя: частичная (средняя) нагрузка; полная (максимальная) нагрузка; резкое увеличение нагрузки; холостой ход.

Частичная нагрузка — наиболее часто встречающийся режим работы автомобильного двигателя. В этом случае дроссельная заслонка полностью не открывается, а обороты двигателя могут изменяться от минимальных до максимальных.

Читайте также:  Как самостоятельно закрасить царапины на автомобиле. Боремся с царапинами на лакокрасочном покрытии

Полная нагрузка соответствует полному открытию дроссельной заслонки при различном числе оборотов.

Резкое увеличение нагрузки двигателя происходит при разгоне автомобиля после трогания с места или при обгоне.

Способность двигателя быстро увеличивать обороты коленчатого вала характеризует его приемистость. Чем лучше приемистость двигателя, тем выше средняя скорость движения автомобиля.

На холостом ходу двигатель работает во время кратковременной остановки автомобиля или при движении автомобиля по инерции (накатом) с выключенной передачей. Число оборотов коленчатого вала двигателя должно быть по возможности малым, чтобы уменьшить расход бензина.

Особым видом работы двигателя является запуск холодного двигателя и его последующий прогрев. При запуске двигателя коленчатый вал вращают при помощи пусковой рукоятки или стартера. Во время прогрева двигателя число оборотов коленчатого вала должно быть повышенным по сравнению с оборотами холостого хода, чтобы преодолеть большие внутренние сопротивления в двигателе.

Мертвые точки, ход поршня и такты двигателя

Для того чтобы более подробно рассмотреть схему работы данного двигателя, нам понадобятся новые определения.

Поршень может двигаться внутри цилиндра. В устройстве самого простого вида, который мы рассматриваем, он может двигаться вверх и вниз.

Мёртвые точки — это крайние точки положения поршня в цилиндре.

Ход поршня — это расстояние, которое проходит поршень от одной мертвой точки до другой.

<текстареа>{«questions»:[{«content»:»Когда при движении поршень достигает своего крайнего верхнего или крайнего нижнего положения в цилиндре, говорят, что он[[choice-1]]»,»widgets»:{«choice-1»:{«type»:»choice»,»options»:[«находится в мертвой точке»,»совершает работу»,»Движется к мертвой точке»],»answer»:[0]}}}]}

Рассматриваемые нами двигатели внутреннего сгорания называют четырехтактными.

Четырехтактный двигатель — это двигатель, в котором один рабочий цикл происходит за четыре хода поршня (за четыре такта).

Один такой такт двигателя или ход поршня происходит за половину оборота коленчатого вала.

Работа двигателя

Как уже было отмечено работа четырехтактного мотора состоит из четырех тактов поршня или из двух оборотов коленвала.

Этапы работы :

  1. Впуск. Поршень движется в нижнюю сторону, открывая клапан впуска. Из карбюратора горючая смесь поступает в цилиндр. Когда поршень достигает нижнего положения, клапан впуска закрывается.
  2. Сжатие. Поршень движется вверх, провоцируя сживание горючей смеси. Когда он приближается к верхней точке, сжатый бензин возгорается.
  3. Расширение. Бензин возгорается и сгорает. В результате чего происходит растяжение горючих газов, и поршень движется вниз. При этом два клапана оказываются закрытыми.
  4. Выпуск. Коленчатый вал по инерции продолжает двигаться вокруг своей оси, а поршень движется вверх. Вместе с этим открывается клапан выпуска, и выхлопные газы поступают в трубу. При прохождении клапаном мертвой точки, клапан впуска закрывается.

Впуск

Итак, в камере сгорания силового агрегата циклы преобразований энергии начинаются с реакции горения топливной смеси. При этом поршень находится в самой верхней своей точке (положение ВМТ), а затем движется вниз. В результате в камере сгорания двигателя возникает разрежение. Под его воздействием горючая жидкость всасывает топливо. Впускной клапан при этом находится в открытом положении, а выпускной закрыт.

Когда поршень начинает движение вниз, то над ним увеличивается объем. Это и вызывает разрежение. Оно составляет примерно 0,071-0,093 МПа. Таким образом, в камеру сгорания попадает бензин. В инжекторных двигателях топливо впрыскивается форсункой. После поступления смеси в цилиндр ее температура может составлять 75 до 125 градусов.

четырехтактный двигатель

То, как сильно цилиндр будет заполнен топливной смесью, определяют по коэффициентам заполнения. Для двигателей с карбюраторной системой питания данный показатель составит от 0,64 до 0,74. Чем выше значение коэффициента, тем более мощный мотор.

Такт расширения газов в дизельном двигателе

Когда поршень дизельного двигателя еще не дошел до верхней точки примерно на 30 градусов по коленвалу, ТНВД через форсунку подает в цилиндр топливо под высоким давлением. Значение в 18 МПа необходимо, чтобы горючее могло тонко распыляться и распределиться по всему объему в цилиндре.

рабочий цикл четырехтактного бензинового двигателя

Читайте также:  Ваз 2109,2108,2107,2106,2105,2104,2103,2102,2101, 2170, Таврия, Шевроле нива

Далее топливо под действием высоких температур воспламеняется и быстро сгорает. Поршень движется к нижней точке. Температура внутри цилиндра в этот момент составляет около 2000 градусов. К концу такта температура снижается.

А как запускается первый такт?

Каждый автомобиль обладает набором бортовой электроники — проводов, аккумулятора, стартера и т. д. Аккумулятор за время поездок накапливает достаточно энергии, чтобы при помощи специального механизма — стартера — раскрутить коленвал и завести мотор.

Влияние нарушения состава рабочей смеси на работу двигателя

Неисправности системы питания заключаются в образовании смеси несоответствующего качества и повышенном расходе топлива. К наиболее часто встречающимся неисправностям системы питания относится образование богатой или бедной горючей смеси.

Богатая рабочая смесь обладает пониженной скоростью горения и вызывает перегрев двигателя, работа его при этом сопровождается резкими хлопками в глушителе. Хлопки появляются в результате неполного сгорания смеси в цилиндре (не хватает кислорода воздуха), и догорание ее происходит в глушителе, сопровождающееся черным дымом.

Длительная работа двигателя на богатой смеси приводит к перерасходу топлива и большому отложению нагара на стенках камеры сгорания и электродах свечей зажигания. Образованию богатой горючей смеси способствует уменьшение количества поступающего воздуха или увеличение количества поступающего топлива.

Бедная горючая смесь также обладает пониженной скоростью сгорания, двигатель перегревается, и его работа сопровождается резкими хлопками во впускном трубопроводе. Хлопки появляются в результате того, что смесь еще догорает в цилиндре, когда уже открыт впускной клапан и пламя распространяется во впускной трубопровод.

Длительная работа двигателя на бедной смеси также вызывает перерасход топлива вследствие того, что мощность двигателя в этом случае падает и чаще приходится пользоваться пониженными передачами. Образованию бедной горючей смеси способствует либо уменьшение количества поступающего топлива, либо увеличение количества поступающего воздуха.

Детонация

В двигателях с искровым зажиганием при определенных условиях работы двигателя возникает быстрый, приближающийся к взрыву процесс сгорания рабочей смеси. Называется он детонацией. Признаки, указывающие на детонацию при работе двигателя: звонкие металлические стуки в цилиндрах, перегрев двигателя, снижение мощности, появление черного дыма (сажи) в отработавших газах.

Основные причины появления детонации:

  • применение топлива, октановое число которого ниже рекомендованного для данного двигателя;
  • повышение степени сжатия, вызванное низким качеством ремонта или обслуживания;
  • увеличение угла опережения зажигания; качество рабочей смеси не соответствует требованиям, которые предъявляются к топливу для данного двигателя. Наиболее склонна к детонации рабочая смесь при а = 0,9.

На появление детонации также влияет материал головки цилиндров и поршней. Двигатели, у которых эти детали изготовлены из алюминиевых сплавов, меньше склонны к детонации, чем двигатели, у которых эти детали изготовлены из чугуна. Так как чугун обладает худшей теплоотдачей, то в жаркую погоду детали перегреваются, и это приводит к детонации.

Детонация повышает давление и температуру в цилиндрах, вызывает вибрацию двигателя. Вследствие этого ухудшается смазка трущихся поверхностей, обгорают клапаны, поршни, разрушаются подшипники коленчатого вала.

Выпуск

После совершения газами полезной работы они должны выйти из цилиндра, чтобы освободилось место для новой порции горюче-воздушной смеси. Это последний такт в рабочем цикле четырехтактного двигателя.

Газы на этом этапе находятся под давлением, существенно превышающем атмосферное. Температура к концу такта снижается примерно до 700 градусов. Коленвал посредством шатуна двигает поршень к ВМТ. Далее открывается выпускной клапан, газы выталкиваются в атмосферу через выхлопную систему. Что касается давления, то оно высокое только в самом начале. В конце такта оно снижается до 0,120 МПа. Естественно, полностью избавиться от продуктов сгорания в цилиндре невозможно. Поэтому они при следующем такте впуска смешиваются с топливной смесью.