Рабочий цикл двигателя внутреннего сгорания: Рабочий цикл ДВС

Рабочий цикл ДВС

Рабочий цикл одноцилиндрового двигателя

В автомобилях применяются двигатели внутреннего сгорания (ДВС) названные так потому, что сгорание топлива происходит непосредственно в цилиндре. Основными деталями ДВС, кроме цилиндра, являются поршень, шатун, коленчатый вал. На кривошипе коленчатого вала подвижно закрепляется шатун. К верхней головке шатуна шарнирно, с помощью пальца, крепится поршень. Цилиндр сверху закрывается крышкой, которая называется головкой цилиндра. В головке имеется углубление, называемое камерой сгорания. Также в головке имеются впускное и выпускное отверстия, закрываемые клапанами. К коленчатому валу крепится маховик – массивный круглый диск.

При вращении коленвала происходит перемещение поршня внутри цилиндра. Крайнее верхнее положение поршня называется верхней мертвой точкой (В.М.Т.), крайнее нижнее положение – нижней мертвой точкой (Н.М.Т.). Расстояние, которое проходит поршень между мертвыми точками, называется ходом поршня. Пространство, находящееся над поршнем, когда он находится в н.м.т., называется рабочим объемом цилиндра. Когда поршень находится в в.м.т., над ним остается пространство, называемое объемом камеры сгорания. Сумма рабочего объема и объема камеры сгорания называются полным объемом цилиндра. В технических данных объем указывается в литрах или кубических сантиметрах. Объем многоцилиндрового двигателя равен сумме полных объемов всех его цилиндров. Отношение полного объема цилиндра к объему камеры сгорания называется степенью сжатия двигателя. Она показывает, во сколько раз сжимается рабочая смесь в цилиндре.

Рабочий цикл двигателяПараметры КШМ

Один ход поршня от одной мертвой точке к другой называется тактом. Коленвал при этом совершает полоборота. Как работает ДВС? Во время первого такта происходит впуск горючей смеси в цилиндр. Клапан впускного отверстия открыт, выпускного – закрыт. Поршень, перемещаясь от в.м.т к н.м.т, подобно насосу, создает разряжение в цилиндре и топливо, перемешанное с воздухом, заполняет его.

Во время второго такта, при движении поршня от н.м.т. к в.м.т., происходит сжатие горючей смеси. При этом и выпускной, и впускной клапаны закрыты. В результате давление и температура в цилиндре повышаются. В конце такта сжатия, при приближении поршня к в.м.т., горючая смесь поджигается искрой от свечи зажигания (в бензиновых ДВС) или самовоспламеняется от сжатия (в дизельных ДВС).

Порядок работы цилиндров

Во время третьего такта происходит сгорание рабочей смеси. Клапана остаются закрытыми. Воспламенившаяся рабочая смесь резко повышает температуру и давление в цилиндре, которое заставляет поршень с усилием двигаться вниз. Поршень через шатун передает усилие на коленвал, создавая на нем крутящий момент. Таким образом, происходит преобразование энергии сгорания топлива в механическую энергию, которая двигает автомобиль. Поэтому этот такт называется рабочим ходом. Маховик, закрепленный на коленчатом валу, запасает энергию, обеспечивая вращение коленвала за счет сил инерции во время подготовительных тактов.

В ходе четвертого такта происходит выпуск отработанных газов и очистка цилиндра. Поршень, двигаясь от н.м.т. к в.м.т., выталкивает продукты горения через открытый выпускной клапан.

Далее весь процесс повторяется. Таким образом, рабочий цикл описанного ДВС происходит за четыре такта. Поэтому он и называется четырехтактным. Коленвал за это время совершает два оборота. Существуют и двухтактные двигатели, в которых рабочий цикл происходит за два такта. Однако такие ДВС в настоящее время на автомобилях практически не применяются.

Для плавной работы многоцилиндрового двигателя и уменьшения неравномерных нагрузок на коленчатый вал такты рабочего хода в разных цилиндрах должны происходить в определенной последовательности. Такая последовательность называется порядком работы двигателя. Он определяется расположением шеек коленчатого вала и кулачков распределительного вала. Например, в двигателях ВАЗ порядок работы 1-3-4-2. Так как в четырехтактном двигателе полный цикл в каждом цилиндре совершается за два оборота коленчатого вала, то, следовательно, в четырехцилиндровом двигателе для равномерной его работы за каждые пол-оборота коленчатого вала в одном из цилиндров должен происходить рабочий такт.

Рассмотренные детали составляют в совокупности кривошипно-шатунный механизм. Кроме него, для обеспечения работы ДВС нужны газораспределительный механизм, система охлаждения, система смазки, система питания и система зажигания (в бензиновых двигателях).

Газораспределительный механизм, управляя работой клапанов, обеспечивает своевременное их открытие и закрытие. Система охлаждения отводит тепло от деталей двигателя, нагревающихся при работе. Система смазки подает масло к трущимся поверхностям. Система питания служит для приготовления рабочей смеси и подачи ее в цилиндры. Система зажигания преобразует низковольтное напряжение от АКБ в высоковольтное и подает его на свечи для воспламенения рабочей смеси.

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

Рабочий цикл четырехтактного дизельного двигателя

Рабочий цикл авто с дизельным двигателем отличается тем, что при такте впуска в цилиндр двигателя поступает очищенный  воздух, а не горючая смесь, как в карбюраторном двигателе.

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.

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

Второй такт — сжатие.

Поршень движется от НМТ к ВМТ, впускной и выпускной клапаны закрыты. Давление и температура воздуха увеличиваются и в конце такта составляют соответственно 3—5 МПа и 800—900 К. Степень сжатия регламентируется исправностью деталей КШМ и равна 17—21.

Третий такт — рабочий ход.

В конце такта сжатия (20—30 градусов угла поворота коленчатого вала ло прихода поршня в ВМТ) с помощью насоса через форсунку в цилиндр под высоким давлением (15—20 МПа) в мелкораспыленном виде впрыскивается порция топлива. Топливо от соприкосновения с нагретым воздухом испаряется, его пары перемешиваются с нагретым воздухом и воспламеняются. При сгорании топлива, вследствие подвода большого количества теплоты, резко увеличиваются лишение и температура образовавшихся газов. В начале такта расширения давление газов составляет 7—8 МПа. а температура 2100—2300 К. Под действием давления поршень перемешается от ВМТ к НМТ, совершая полезную работу. Объем цилиндра увеличивается, давление и температура газов снижаются и при подходе поршня к НМТ составляют 0,2-0,4 МПа .

Четвертый такт — выпуск.

Поршень перемещается от НМТ к ВМТ. Через открытый выпускной клапан отработавшие газы выталкиваются через выпускной трубопровод в окружающую среду. В конце такта выпуска давление газов равно 0,11 -0,12 МПа, температура 850—1200.  После этого рабочий цикл дизеля повторяется.
В двухтактных двигателях время, отводимое на рабочий цикл, используется более полно, так как процессы выпуска и впуска совмещены по времени с процессами сжатия и рабочего хода. Рабочий цикл происходит за 360 градусов (один оборот коленчатого вала).

При движении поршня от ВМТ к НМТ одновременно происходят процессы расширения и выпуска с продувкой цилиндра, а при обратном движении от НМТ к ВМ1 впуск и сжатие. Изменения параметров цикла (давление и температура) соответствуют изменениям параметров четырехтактного двигателя.
Сравнение рабочих циклов четырех- , двухтактных двигателей показывает, что при одинаковых размерах цилиндра и частоте вращения коленчатого вала мощность двухтактных двигателей выше в 1.5—1,7 раза. Он проще по конструкции и компактнее.
К недостаткам двухтактного двигателя следует отнести ограниченное время газообмена, что ухудшает очистку цилиндра от отработавших газов, увеличивает потери части свежею заряда, снижает экономичность.

Работа дизельного двигателя, подробнее

Рабочие процессы в двигателях внутреннего сгорания

Работа большинства современных двигателей внутреннего сгорания (ДВС) как карбюраторных, так и дизельных основана на способе, включающем впуск свежего заряда рабочего тела в рабочие камеры циклически изменяющегося объема, сжатие, воспламенение и сгорание рабочей смеси, последующее расширение рабочего тела и выпуск отработавших газов (ОГ) из рабочих камер.

Данный способ реализуется в четырехтактных поршневых ДВС, а также практически во всех известных роторных двигателях.

Рисунок 1.

Индикаторная диаграмма осуществления рабочих процессов описанным способом показана на Рисунке 1, где обозначено:

V	–	текущий объем рабочей камеры;
p	–	давление в рабочей камере;
po	–	давление на входе в рабочую камеру;
r	–	точка начала впуска свежего заряда рабочего тела в рабочую камеру;
a	–	точка окончания впуска свежего заряда;
f	–	точка воспламенения рабочего тела;
c	–	точка окончания сжатия;
z	–	точка достижения максимального давления;
b	–	точка начала выпуска отработавших газов.

Основными показателями эффективности осуществления рабочих процессов в ДВС являются среднее индикаторное давление (pi) и индикаторный КПД (ηi) /1/.

Среднее индикаторное давление определяет мощность, которую может развить ДВС на том или ином режиме работы (при постоянной угловой скорости вращения вала двигателя), а индикаторный КПД – его экономичность.

Указанные показатели зависят от большого количества различных факторов, которые условно можно разделить на основные и второстепенные.

К группе основных факторов целесообразно отнести те, изменения которых оказывают непосредственное влияние на изменения pi и ηi.

К ним можно отнести следующие:

• степень сжатия рабочего тела;
• состав рабочей смеси;
• степень наполнения рабочего объема свежим зарядом;
• момент воспламенения рабочей смеси, скорость и длительность ее сгорания;
• давление и температура свежего заряда рабочего тела в момент его впуска в рабочие камеры;
• степень потерь теплоты в охлаждающую среду через стенки рабочих камер.

Все остальные факторы относятся к второстепенным, поскольку влияют на изменения pi и ηi не непосредственно, а через изменения основных.

Использование влияния основных факторов на индикаторные показатели ДВС лежит в основе большинства известных способов выбора их конструктивных характеристик и регулирования на различных режимах работы.

Наиболее благоприятно на индикаторные показатели ДВС (pi и ηi) влияет увеличение степени сжатия рабочего тела (ε), так как при этом одновременно увеличиваются как среднее индикаторное давление, так и индикаторный КПД.

Однако возможности увеличения степени сжатия в современных ДВС ограничены. Это связано с тем, что в двигателях с искровым зажиганием при больших степенях сжатия происходит преждевременное самовоспламенение рабочей смеси, и возникают детонационные явления, которые состоят в нарушении процесса горения и распространении ударных волн, что крайне отрицательно сказывается на работе двигателя. Вследствие отмеченного, степень сжатия в ДВС с искровым зажиганием не может превышать (6-10) единиц. Важнейшим преимуществом дизельных ДВС по сравнению с двигателями с искровым зажиганием является возможность увеличения в них степени сжатия рабочего тела (воздуха) до значительно больших значений – до (14-23) единиц. Однако дальнейшее ее увеличение малоэффективно, так как уже не дает заметного повышения pi и ηi и приводит лишь к недопустимому росту тепловых и механических нагрузок на детали двигателя, повышению потерь теплоты в охлаждающую среду, ухудшению условий смесеобразования и т.д.

Состав смеси характеризуется коэффициентом избытка воздуха (α) и оказывает весьма существенное влияние на индикаторные показатели ДВС. Зависимости pi(α) и ηi(α) при этом имеют максимальные значения, которые достигаются при разных составах рабочей смеси (разных значениях α). У дизелей максимум pi имеет место при слабо обедненной смеси (α ≈ 1), а максимум ηi – при сильно обедненной смеси (при α от 3 до 5). У двигателей с искровым зажиганием максимум pi достигается при обогащенной смеси (при α от 0,7 до 0,9), а максимум ηi – при α от 1,3 до 1,5 /1/.

Изменение состава смеси является основным способом регулирования мощности дизельных ДВС на различных режимах работы и осуществляется изменением подачи топлива через форсунки. При уменьшении подачи топлива коэффициент избытка воздуха (α) увеличивается, а мощность ДВС уменьшается. С увеличением подачи топлива коэффициент α уменьшается, а мощность ДВС увеличивается. Максимальный индикаторный КПД при этом достигается при малых нагрузках, а при нагрузках, близких к максимальным, индикаторный КПД дизельных ДВС существенно меньше максимального.

Регулирование состава смеси применяется также и в двигателях с искровым зажиганием и осуществляется специальными дозирующими устройствами. Целью такого регулирования является автоматическое изменение α в соответствии с наивыгоднейшей характеристикой, которая предусматривает увеличение α (обеднение смеси) при частичных нагрузках и его уменьшение (обогащение смеси) на режимах максимальных нагрузок. При таком регулировании максимальный индикаторный КПД ДВС с искровым зажиганием, также как и у дизелей, достигается при малых нагрузках, а при максимальных нагрузках их индикаторный КПД существенно меньше максимального.

Степень наполнения рабочего объема ДВС свежим зарядом количественно оценивается коэффициентом наполнения (0 < ηv < 1) и оказывает сильное влияние, в основном, на среднее индикаторное давление, которое быстро уменьшается с уменьшением ηv. Индикаторный КПД с изменением ηv изменяется очень мало и остается практически постоянным. Изменение степени наполнения рабочего объема свежим зарядом посредством открытия и закрытия дроссельной заслонки является основным способом регулирования мощности ДВС с искровым зажиганием на различных режимах работы. На режимах максимальной мощности дроссельная заслонка полностью открыта (ηv = ηvmax), а для уменьшения мощности ДВС при уменьшении нагрузки дроссельную заслонку прикрывают (уменьшают ηv). С учетом упомянутого выше регулирования состава смеси максимальный индикаторный КПД двигателей с искровым зажиганием также, как и у дизелей, достигается при малых нагрузках, а при увеличении нагрузки индикаторный КПД уменьшается.

В дизельных ДВС степень наполнения рабочего объема воздухом не регулируется и остается практически постоянной.

Момент воспламенения рабочей смеси определяется углом опережения воспламенения (θвоспл) относительно верхней мертвой точки (ВМТ) и весьма сильно влияет на индикаторные показатели ДВС.

При увеличении θвоспл увеличиваются:

• отрицательная работа сжатия;
• отрицательное влияние на ηi увеличения теплоемкости рабочего тела от температуры в связи с возрастанием максимальной температуры цикла;
• потери теплоты в среду охлаждения вследствие увеличения температурного напора и интенсивности теплоотдачи;
• степень расширения рабочего тела вследствие завершения горения топлива и тепловыделения ближе в ВМТ.

Первые три фактора способствуют уменьшению pi и ηi, а четвертый – их увеличению. Противоположное влияние указанных факторов определяет существование оптимальных значений угла опережения воспламенения, при которых pi и ηi имеют максимальные значения. Каждому режиму работы двигателя соответствует свой оптимальный угол опережения воспламенения, на чем основаны способы управления работой ДВС посредством изменения моментов подачи управляющих воздействий на свечи зажигания в двигателях с искровым зажиганием и на форсунки для впрыска топлива в дизельных ДВС.

Скорость и длительность сгорания рабочей смеси в двигателях с искровым зажиганием какого-либо существенного влияния на их индикаторные показатели не оказывают, так как сгорание заранее подготовленной смеси в них происходит практически мгновенно и при практически неизменном объеме рабочих камер.

В отличие от карбюраторных двигателей с искровым зажиганием в дизельных ДВС впрыск топлива в рабочие камеры производится через форсунки и продолжается некоторое время уже после воспламенения рабочей смеси, вследствие чего скорость и длительность ее сгорания оказывают определенное влияние на характер тепловыделения и, соответственно, на индикаторные показатели ДВС. Это влияние выражается в том, что тепловыделение при малоизменяющемся (постоянном) объеме рабочих камер осуществляется не полностью и завершается тогда, когда их объем изменяется уже достаточно быстро, в результате чего индикаторный КПД и среднее индикаторное давление оказываются меньше тех, которыми они могли бы быть в случае полного завершения тепловыделения при постоянном (малоизменяющемся) объеме рабочих камер.

Увеличить скорость и уменьшить длительность сгорания топлива в дизельных ДВС и добиться за счет этого повышения индикаторного КПД и среднего индикаторного давления возможно при использовании различных способов улучшения характеристик впрыскивания и распыливания топлива, однако оно очень незначительно.

Увеличение давления свежего заряда рабочего тела в момент его впуска в рабочие камеры (pк) является одним из основных способов повышения среднего индикаторного давления ДВС и их мощностных характеристик, которые увеличиваются пропорционально степени повышения pк, и осуществляется путем наддува.

Поскольку при наддуве существенно возрастают максимальные значения давления (pz) и температуры (Тz) рабочего тела в рабочих камерах, то его применение возможно, в основном, в дизельных ДВС. Применение наддува в двигателях с искровым зажиганием в связи с опасностью возникновения детонации при увеличении pz и Тz весьма проблематично и требует принятия специальных мер по ее предотвращению.

Различают механический, газотурбинный, комбинированный и динамический наддувы.

Механический наддув осуществляется компрессором, привод которого соединен с валом двигателя. Существенным недостатком такой системы является снижение КПД двигателя, обусловленное необходимостью отбора части его мощности на привод компрессора.

При газотурбинном наддуве в качестве привода компрессора применяется газовая турбина, использующая энергию отработавших газов (ОГ), которые объединяются в единый агрегат (турбокомпрессор), что позволяет избежать отбора мощности с вала двигателя на привод компрессора и снижения КПД двигателя. Недостатками такой системы наддува являются ухудшение тяговых характеристик и приемистости двигателя, что обусловлено отсутствием механической связи агрегатов наддува с валом двигателя, инерционностью роторов турбокомпрессора и уменьшением энергии ОГ при малых нагрузках.

Для устранения этих недостатков используются системы комбинированного наддува, которые представляют собой определенные комбинации механического и газотурбинного наддува.

Для повышения плотности свежего заряда рабочего тела, подаваемого в рабочие камеры ДВС, могут использоваться также колебательные явления в системах газообмена, при которых перед впускными и выпускными клапанами периодически возникают волны сжатия и разрежения, обусловленные циклическим характером следования процессов газообмена.

Путем создания волны сжатия перед закрытием впускного клапана или волны разрежения при открытом выпускном клапане можно добиться весьма существенного увеличения массы свежего заряда, поступающего в рабочие камеры ДВС. Такой способ может быть осуществлен путем соответствующего выбора геометрических параметров системы газообмена и получил название динамического наддува.

При увеличении давления наддува (pк) одновременно возрастает и температура наддувочного воздуха (Тк), вследствие чего возрастают средние и максимальные температуры цикла, приводящие к увеличению теплоемкости рабочего тела и связанному с этим уменьшению индикаторного КПД, резкому возрастанию тепловых нагрузок на детали двигателя.

С целью снижения отрицательного влияния наддува на температуры цикла применяют охлаждение наддувочного воздуха (ОНВ), что позволяет снизить тепловые нагрузки на детали двигателя и предотвратить уменьшение индикаторного КПД цикла.

Потери теплоты в охлаждающую среду через стенки рабочих камер являются одним из основных видов потерь и оказывают существенное влияние как на индикаторный КПД, так и на среднее индикаторное давление. С их увеличением ηi и pi уменьшаются, а с уменьшением – увеличиваются. Эффективных способов их снижения до сих пор не разработано. Частичное уменьшение упомянутых потерь может быть достигнуто за счет применения для изготовления стенок рабочих камер и поршней материалов с малой теплопроводностью.

Однако, несмотря на многообразие приведенных выше возможностей для воздействия на характер осуществления рабочих процессов в современных четырехтактных ДВС описанным в начале раздела способом, повысить их максимальный КПД за счет использования указанных возможностей для оптимального выбора их конструктивных характеристик и параметров регулирования режимов работы больше, чем до (30-40)% у двигателей с искровым зажиганием и до (40-50)% у дизельных двигателей практически невозможно /1/.

Среднее индикаторное давление ДВС на номинальном режиме их работы при этом может составлять от 0,9 до 1,2 МПа у двигателей с искровым зажиганием и от 0,75 до 1,05 МПа у дизельных двигателей /1/.

Проведенный анализ показывает, что при осуществлении рабочих процессов в четырехтактных ДВС упомянутым выше традиционным способом, независимо от степени сжатия, состава рабочей смеси, характеристик воспламенения, сгорания и прочих параметров выпуск ОГ в них из рабочих камер в конце такта расширения происходит при высоком остаточном давлении, которое может составлять от 0,35 до 0,5 МПа у двигателей с искровым зажиганием и от 0,2 до 0,4 МПа у дизельных двигателей, что говорит о недостаточно полном использовании энергии продуктов сгорания топлива в процессе их расширения в рабочих камерах. Высокое давление при выпуске ОГ является также основным источником шума, создаваемого двигателем, поскольку он происходит при сверхзвуковой скорости. Добиться снижения давления ОГ при их выпуске из рабочих камер в рамках традиционного способа осуществления рабочих процессов в ДВС не представляется возможным.

Более полного использования энергии продуктов сгорания топлива в ДВС можно достичь разными путями.

Один из таких путей уже упомянут ранее и состоит в использовании энергии ОГ в газовой турбине, являющейся приводом компрессора для осуществления наддува. Однако, такой способ применим только в двигателях с наддувом и существенного прироста внешней по отношению к ДВС полезной работы не дает, поскольку энергия ОГ в этом случае затрачивается на обеспечение функционирования самого ДВС.

Наиболее полного использования энергии продуктов сгорания топлива непосредственно в рабочих камерах можно достичь в ДВС, в которых реализуются термодинамические циклы с продолженным расширением, у которых степень расширения рабочего тела больше степени его сжатия.

Осуществление таких термодинамических циклов, в частности, возможно в ДВС, в которых сжатие и расширение рабочего тела происходят в рабочих камерах разного объема.

Одним из таких ДВС является, например, двигатель, содержащий не менее одной пары цилиндров с возвратно-поступательно движущимися поршнями и головку, в которой размещен периодически сообщающийся с цилиндрами газораспределительный золотник, снабженный общей для обоих цилиндров камерой сгорания и кинематически связанный с валом двигателя. Цилиндры выполнены разного объема, причем цилиндр малого объема снабжен впускными органами и используется для сжатия рабочего тела, а цилиндр большого объема – газовыпускными и используется для его расширения /3/.

Однако, существенным недостатком таких двигателей является необходимость использования целого ряда дополнительных устройств, которые усложняют их конструкцию, увеличивают гидравлические и механические потери.

Нами разработан способ осуществления рабочих процессов в ДВС, позволяющий осуществить термодинамические циклы с продолженным расширением непосредственно в рабочих камерах четырехтактных ДВС без использования каких-либо дополнительных устройств, повысить их КПД, снизить создаваемый ими шум и уменьшить выбросы теплоты в окружающее пространство.

Список использованных источников

1. Двигатели внутреннего сгорания. Книга 1. Теория рабочих процессов. В.Н. Луканин, К.А. Морозов, А.С. Хачиян и др. Под ред. В.Н. Луканина. – М., Высшая школа, 1995 г.
2. Двигатели внутреннего сгорания. Книга 2. Динамика и конструирование. В.Н. Луканин, И.В. Алексеев, М.Г. Шатров и др. Под ред. В.Н. Луканина. – М., Высшая школа, 1995 г.
3. Авторское свидетельство №828780 по кл. FO2 В41/02.

Рабочий цикл двигателя | Двигатель автомобиля

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

Рабочий цикл дизеля может совершаться как за четыре такта (за два оборота коленчатого вала), так и за два такта (за один оборот коленчатого вала). В первом случае дизель называется четырехтактным, во втором — двухтактным.

Рабочий цикл четырехтактного дизеля состоит из тех же тактов, что и рабочий цикл карбюраторного двигателя. Однако происходящие во время этих тактов процессы внутри цилиндров у карбюраторного двигателя и дизеля не одинаковы.

Во время такта впуска в цилиндр дизеля всасывается не горючая смесь, а воздух. Во время такта сжатия поступивший в цилиндр воздух сильно сжимается и вследствие этого нагревается до 500—700° С. В конце этого такта в цилиндр впрыскивается под большим давлением в мелкораспыленном состоянии топливо, которое, соприкасаясь с раскаленным воздухом, воспламеняется и быстро сгорает, образуя большое количество газов и выделяя тепло.

Во время такта расширения под давлением газов поршень перемещается. Процессы при этом такте, а также при такте выпуска аналогичны процессам, происходящим в четырехтактном карбюраторном двигателе.

Таким образом, в любом четырехтактном двигателе только один такт рабочий, а остальные три — вспомогательные.

Рабочий цикл двухтактного дизеля существенно отличается от рабочего цикла четырехтактного: он совершается не за два, за один оборот коленчатого вала и состоит только из двух тактов.

Рис. Основные процессы, происходящие в цилиндрах двухтактного дизеля: а — продувка; б — сжатие; в — рабочий ход; г — выпуск отработавших газов; 1 — поршень; 2 — нагнетатель; 3 — выпускной клапан; 4 — продувочные окна; 5 — ресивер блока; 6 — коленчатый вал; 7 — насос-форсунка

Первый такт (рис. а и б) происходит при перемещении поршня от нижней мертвой точки к верхней. Когда поршень 1 находится в нижней мертвой точке, свежий воздух под небольшим давлением поступает из нагнетателя 2 через ресивер 5 блока и продувочные окна 4 в цилиндр, вытесняя при этом остатки отработавших газов через открытый выпускной клапан 3. Когда поршень, перемещаясь вверх, перекрывает продувочные окна, а выпускной клапан закрывается, продувка цилиндра заканчивается. При дальнейшем перемещении поршня воздух в цилиндре сильно сжимается и нагревается. Когда поршень приближается к верхней мертвой точке, в цилиндр через насос-форсунку 7 впрыскивается под большим давлением топливо.

Второй такт (рис. в и г). Мелкораспыленное топливо, соприкасаясь с раскаленным воздухом, сгорает; при этом выделяется большое количество тепла, температура и давление газов резко возрастают. Под действием давления газов поршень перемещается от верхней мертвой точки к нижней, вращая коленчатый вал.

Когда поршень приближается к продувочным окнам, открывается выпускной клапан и значительная часть отработавших газов вследствие большого избыточного давления выходит из цилиндра. При дальнейшем движении поршня открываются продувочные окна, в цилиндр начинает поступать из ресивера блока чистый воздух, вытесняя через открытый выпускной клапан остатки отработавших газов.

Рабочий цикл на этом завершается.

Таким образом, в двухтактном двигателе, и это является его особенностью, рабочий ход поршня совершается при. каждом обороте коленчатого вала.

Рабочие циклы четырехтактных двигателей | Двигатель автомобиля

Рабочий цикл карбюраторного четырехтактного двигателя

Рассмотрим подробно каждый такт цикла.

Такт впуска

Поршень 4 движется от в.м.т. к н.м.т. Над ним в полости цилиндра 1 создается разрежение. Впускной клапан 6 при этом открыт, цилиндр через впускную трубу 7 и карбюратор 8 сообщается с атмосферой. Под влиянием разности давлений воздух устремляется в цилиндр. Проходя через карбюратор, воздух распыливает топливо и, смешиваясь с ним, образует горючую смесь, которая поступает в цилиндр. Заполнение цилиндра 1 горючей смесью продолжается до прихода поршня в н.м.т. К этому времени впускной клапан закрывается.

Такт сжатия

При дальнейшем повороте коленчатого вала 10 поршень движется от н.м.т. к в.м.т. В это время впускной 6 и выпускной 3 клапаны закрыты, поэтому поршень сжимает находящуюся в цилиндре рабочую смесь. В такте сжатия составные части рабочей смеси хорошо перемешиваются и нагреваются. В конце такта сжатия между электродами свечи 5 возникает электрическая искра, от которой рабочая смесь воспламеняется. В процессе сгорания топлива выделяется большое количество теплоты, давление и температура газов повышаются.

Такт расширения

Оба клапана закрыты. Под давлением расширяющихся газов поршень движется от в.м.т. к н.м.т. (рисунок в) и при помощи шатуна 9 вращает коленчатый вал 10, совершая полезную работу.

Такт выпуска

Когда поршень подходит к н.м.т., открывается выпускной клапан 3 и отработавшие газы под действием избыточного давления начинают выходить из цилиндра в атмосферу через выпускную трубу 2. Далее поршень движется от н.м.т. к в.м.т. (рисунок г) и выталкивает из цилиндра отработавшие газы.

Далее рабочий цикл повторяется.

Рисунок. Рабочий цикл одноцилиндрового четырехтактного карбюраторного двигателя:
а — такт впуска; б — такт сжатия; в — такт расширения; г — такт выпуска; 1 — цилиндр, 2 — выпускная труба; 3 — выпускной клапан; 4 — поршень; 5 — искровая зажигательная свеча; 6 — впускной клапан; 7 — впускная труба; 8 — карбюратор; 9 — шатун; 10 — коленчатый вал.

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.

Такт выпуска

Выпускной клапан открывается. Поршень движется от н.м.т. к в.м.т. (рисунок г) и через открытый клапан выталкивает отработавшие газы в атмосферу.

Далее рабочий цикл повторяется.

У описанных двигателей в течение рабочего цикла только в такте расширения поршень перемещается под давлением газов и посредством шатуна приводит коленчатый вал во вращательное движение. При выполнении остальных тактов — выпуске, впуске и сжатии — нужно перемещать поршень, вращая коленчатый вал. Эти такты являются подготовительными и осуществляются за счет кинетической энергии, накопленной маховиком в такте расширения. Маховик, обладающий значительной массой, крепят на конце коленчатого вала.

Дизель по сравнению с карбюраторным двигателем имеет следующие основные преимущества:

• на единицу произведенной работы расходуется в среднем на 20…25 % (по массе) меньше топлива
• работа на более дешевом топливе, которое менее пожароопасно

Недостатки дизеля:

• более высокое давление газов в цилиндре требует повышенной прочности деталей, а это приводит к увеличению размеров и массы дизеля
• пуск его затруднен, особенно в зимнее время

Хорошие экономические показатели дизелей обусловили их широкое применение в качестве двигателей для тракторов, грузовых и легковых автомобилей.

Как рассчитать объемный КПД двигателя внутреннего сгорания — x-engineer.org

Для теплового двигателя процесс сгорания зависит от соотношения воздух-топливо внутри цилиндра. Чем больше воздуха мы можем попасть внутрь камеры сгорания, тем больше топлива мы можем сжечь, тем выше выходной крутящий момент и мощность двигателя.

Поскольку воздух имеет массу, он инерционен. Кроме того, впускной коллектор, клапаны и дроссельная заслонка действуют как ограничения для потока воздуха в цилиндры.По объему мы измеряем способность двигателя заполнять доступный геометрический объем двигателя воздухом. Его можно рассматривать как соотношение между объемом воздуха, втягиваемого в цилиндр (реальным), и геометрическим объемом цилиндра (теоретическим).

Большинство двигателей внутреннего сгорания, используемых в настоящее время на дорожных транспортных средствах, имеют фиксированный объемный объем (рабочий объем), определяемый геометрией цилиндра и кривошипно-шатунного механизма. Строго говоря, общий объем двигателя V _т [m ³ ] вычисляется функцией общего количества цилиндров n _c [-] и объема одного цилиндра V _{цилиндра} [m ³ ] .

\ [V_t = n_c \ cdot V_ {cyl} \ tag {1} \]

Общий объем цилиндра — это сумма смещенного (рабочего) объема V _d [m ³ ] и зазор В _c [м ³ ] .

\ [V_ {cyl} = V_d + V_c \ tag {2} \]

Объем зазора очень мал по сравнению с объемом вытеснения (например, соотношение 1:12), поэтому им можно пренебречь при расчете объемной эффективности двигатель.

Изображение: Основные параметры геометрии поршня и цилиндра двигателей внутреннего сгорания

где:

IV — впускной клапан
EV — выпускной клапан
ВМТ — верхняя мертвая точка
НМТ — нижняя мертвая точка
B — отверстие цилиндра
S — поршень ход
r — длина шатуна
a — радиус кривошипа (смещение)
x — расстояние между осью кривошипа и осью поршневого пальца
θ — угол поворота кривошипа
Vd — смещенный (стреловидный) объем
Vc — зазорный объем

объемный КПД η _v [-] определяется как отношение между фактическим (измеренным) объемом всасываемого воздуха V _a [м ³ ] , всасываемого в цилиндр / двигатель, и теоретическим объемом двигатель / цилиндр V _d [m ³ ] во время впускного цикла двигателя.

\ [\ eta_v = \ frac {V_a} {V_d} \ tag {3} \]

Объемный КПД можно рассматривать также как КПД двигателя внутреннего сгорания по заполнению цилиндров всасываемым воздухом. Чем выше объемный КПД, тем больше объем всасываемого воздуха в двигатель.

В двигателях с непрямым впрыском топлива (в основном, бензиновых) всасываемый воздух смешивается с топливом. Поскольку количество топлива относительно невелико (соотношение 1: 14,7) по сравнению с количеством воздуха, мы можем пренебречь массой топлива для расчета объемного КПД.

Фактический объем всасываемого воздуха можно рассчитать как функцию массы воздуха м _a [кг] и плотности воздуха ρ _a [кг / м ³ ] :

\ [V_a = \ frac {m_a } {\ rho_a} \ tag {4} \]

Замена (4) в (3) дает объемный КПД, равный:

\ [\ eta_v = \ frac {m_a} {\ rho_a \ cdot V_d} \ tag {5 } \]

Обычно на динамометрическом стенде двигателя массовый расход всасываемого воздуха измеряется [кг / с] вместо [кг] массы воздуха. Следовательно, нам нужно использовать массовый расход воздуха для расчета объемной эффективности.

\ [\ dot {m} _a = \ frac {m_a \ cdot N_e} {n_r} \ tag {6} \]

где:

N _e [rot / s] — частота вращения двигателя
n _r [-] — количество оборотов коленчатого вала для полного цикла двигателя (для 4-тактного двигателя n _r = 2 )

Из уравнения (6) мы можем записать массу всасываемого воздуха как:

\ [m_a = \ frac {\ dot {m} _a \ cdot n_r} {N_e} \ tag {7} \]

Замена (7) в (5) дает объемный КПД, равный:

\ [\ bbox [# FFFF9D] {\ eta_v = \ frac {\ dot {m} _a \ cdot n_r} {\ rho_a \ cdot V_d \ cdot N_e}} \ tag {8} \]

Объемная эффективность является максимальной 1.00 (или 100%). При этом значении двигатель способен всасывать весь теоретический объем воздуха, доступного в двигатель. Есть особые случаи, когда двигатель специально разработан для одной рабочей точки, для которой объемный КПД может быть немного выше 100%.

Если давление всасываемого воздуха p _a [Па] и температура T _a [K] измеряются во впускном коллекторе, плотность всасываемого воздуха может быть рассчитана как:

\ [\ rho_a = \ frac {p_a} {R_a \ cdot T_a} \ tag {9} \]

где:

ρ _a [кг / м ³ ] — плотность всасываемого воздуха
p _a [Па] — давление всасываемого воздуха
T _a [K] — температура всасываемого воздуха
R _a [Дж / кгK] — газовая постоянная для сухого воздуха (равная 286.{-3} \ cdot \ frac {1000} {60}} = 0.7091081 = 70.91 \ text {%} \]

Объем двигателя был преобразован с л на м ³ , а частота вращения двигателя — с об / мин. От до об / с .

Изображение: Функция объемного КПД давления всасываемого воздуха и оборотов двигателя

Объемный КПД двигателя внутреннего сгорания зависит от нескольких факторов, таких как:

• геометрия впускного коллектора
• давление всасываемого воздуха
• всасываемый воздух температура
• массовый расход всасываемого воздуха (который зависит от частоты вращения двигателя)

Обычно двигатели рассчитаны на максимальный объемный КПД при средних / высоких оборотах двигателя и нагрузке.

Вы также можете проверить свои результаты, используя калькулятор ниже.

Калькулятор объемного КПД

Для любых вопросов или замечаний относительно этого руководства, пожалуйста, используйте форму комментариев ниже.

Не забывайте ставить лайки, делиться и подписываться!

Двигатели внутреннего сгорания — Скачать PDF бесплатно

1 Лекция-18, подготовленная в рамках проекта QIP-CD Cell Двигатели внутреннего сгорания Ujjwal K Saha, Ph.D. Кафедра машиностроения Индийский технологический институт Гувахати 1

2 Сгорание в двигателе CI Сгорание в двигателе CI сильно отличается от сгорания в двигателе SI. В то время как сгорание в двигателе SI представляет собой по существу фронт пламени, движущийся через гомогенную смесь, сгорание в двигателе CI представляет собой нестационарный процесс, происходящий одновременно во многих точках в очень неоднородной смеси, контролируемой впрыском топлива.Воздухозаборник в двигатель не дросселируется, а крутящий момент двигателя и выходная мощность регулируются количеством топлива, впрыскиваемого за цикл. 2

3 Во время такта сжатия в цилиндре содержится только воздух, а в двигателях с CI используются гораздо более высокие степени сжатия (от 12 до 24). Помимо завихрения и турбулентности воздуха, необходима высокая скорость впрыска, чтобы топливо распределялось по цилиндру и смешивалось с воздухом.Топливо впрыскивается в цилиндры в конце такта сжатия одной или несколькими форсунками, расположенными в каждом цилиндре. Время впрыска обычно составляет около 20 0 оборотов коленчатого вала (15 0 btdc и 5 0 at dc). 3

4 Зависимость давления в цилиндре от угла поворота коленчатого вала для двигателя с внутренним зазором. A: точка впрыска топлива B: точка воспламенения C: конец впрыска топлива AB: период задержки 4

5 Сгорание в двигателе ХИ В двигателе ХИ топливо впрыскивается непосредственно в цилиндр, и топливно-воздушная смесь самовоспламеняется.Эти фотографии сделаны в RCM в условиях двигателя CI с вихревым потоком воздуха 1 см 0,4 мс после зажигания 3,2 мс после зажигания 3,2 мс после зажигания Поздняя стадия процесса сгорания 5

6 Измерения в цилиндре Этот график показывает расход впрыска топлива, чистую скорость тепловыделения и давление в цилиндре для двигателя с прямым впрыском CI. Начало впрыска Начало горения Конец впрыска 6

7 Четыре ступени сгорания в двигателях CI Начало впрыска Конец впрыска TC

8 Сгорание в двигателе CI Процесс сгорания проходит в следующие стадии: Задержка зажигания (ab) — топливо впрыскивается непосредственно в цилиндр в конце такта сжатия.Жидкое топливо распыляется на мелкие капли и проникает в камеру сгорания. Топливо испаряется и смешивается с высокотемпературным воздухом под высоким давлением. Фаза предварительно смешанного сгорания (bc) сгорание топлива, которое смешалось с воздухом до пределов воспламеняемости (воздух с высокой температурой и высоким давлением) в течение периода задержки воспламенения, происходит быстро при нескольких углах поворота коленчатого вала. 8

9 Сгорание в двигателе CI, продолжение.При смешивании фазы контролируемого горения (cd) после потребления предварительно смешанного газа скорость горения регулируется скоростью, с которой смесь становится доступной для горения. На этом этапе скорость горения регулируется в основном процессом смешивания топлива с воздухом. Поздняя фаза сгорания (де) тепловыделение может происходить с меньшей скоростью до такта расширения (во время этой фазы не впрыскивается дополнительное топливо). За это отвечает сжигание несгоревшего жидкого топлива и сажи. 9

10 Типы двигателей CI Две основные категории двигателей CI: i) Прямой впрыск имеет единственную открытую камеру сгорания, в которую впрыскивается непосредственно топливо ii) Камера непрямого впрыска разделена на две области, и топливо впрыскивается в предварительную камеру который соединен с основной камерой через сопло или одно или несколько отверстий.10

11 Типы двигателей CI (продолжение) Для очень больших двигателей (стационарная выработка электроэнергии), которые работают на низких оборотах двигателя, время, доступное для смешивания, велико, поэтому используется тип камеры покоя с прямым впрыском (открытый или неглубокий резервуар в поршне). По мере уменьшения объема двигателя и увеличения частоты вращения увеличивается завихрение для достижения смешивания топлива с воздухом (глубокая чаша в поршне).Для небольших высокоскоростных двигателей, используемых в автомобилях, завихрения в камере недостаточно, используется непрямой впрыск, когда сильное завихрение или турбулентность создается в форкамере во время сжатия и продувки продуктов / топлива и смешивания с воздухом в основной камере. 11

12 Типы двигателей CI Свеча накаливания Диафрагма-пластина Прямой впрыск: камера покоя Прямой впрыск: завихрение в камере Непрямое впрыскивание: турбулентная и вихревая форкамера 12

13 Покоящаяся камера прямого впрыска Завихрение форсунки с несколькими отверстиями прямого впрыска в камере Завихрение форсунки с одним отверстием прямого впрыска в камере Предварительная камера закручивания непрямого впрыска 13

14 Сгорание происходит по всей камере в диапазоне эквивалентных соотношений, продиктованных смешиванием топлива с воздухом до и во время фазы сгорания.Как правило, большая часть сгорания происходит в очень богатых условиях в головной части форсунки, при этом образуется значительное количество твердого углерода (сажи). Характеристики горения 14

15 Задержка зажигания Задержка зажигания определяется как время (или интервал угла поворота коленчатого вала) от начала впрыска топлива до начала сгорания. И физические, и химические процессы должны произойти до того, как будет высвобождена значительная часть химической энергии закачиваемой жидкости.К физическим процессам относятся распыление топлива распылением, испарение и смешивание паров топлива с воздухом в цилиндрах. Для хорошего распыления требуется высокое давление впрыска топлива, малый диаметр отверстия форсунки, оптимальная вязкость топлива, высокое давление в цилиндре (большой угол расхождения). Скорость испарения капель топлива зависит от диаметра капель, скорости, летучести топлива, давления и температуры воздуха. 15

16 Задержка воспламенения Физические процессы — это распыление топлива при распылении, испарение и смешивание паров топлива с воздухом в цилиндрах.Химические процессы, подобные тем, которые описаны для явления самовоспламенения в предварительно смешанном топливном воздухе, только более сложны, поскольку также происходят гетерогенные реакции (реакции, происходящие на поверхности капли жидкого топлива). 16

17 Качество воспламенения топлива Характеристики воспламенения топлива влияют на задержку воспламенения. Качество воспламенения топлива определяется его цетановым числом CN.Для топлива с низким цетановым числом задержка воспламенения велика, и большая часть топлива впрыскивается до самовоспламенения и быстро сгорает, в крайних случаях это производит слышимый стук, называемый детонацией дизельного топлива. 17

18 Качество воспламенения топлива Для топлива с высоким содержанием цетанового числа задержка воспламенения короткая, и перед самовоспламенением впрыскивается очень мало топлива, скорость выделения тепла регулируется скоростью впрыска топлива и более плавной работой двигателя при смешивании топлива и воздуха.18

19 Цетановое число Метод, используемый для определения качества зажигания с точки зрения CN, аналогичен методу, используемому для определения качества антидетонации с помощью ON. Шкала цетанового числа определяется смесью двух чистых углеводородных эталонных топлив. По определению, изоцетан (гептаметилнонан, HMN) имеет цетановое число 15, а цетан (н-гексадекан, C 16 H 34) имеет значение

.

20 Цетановое число В исходных процедурах а-метилнафталин (C 11 H 10) с нулевым цетановым числом представлял нижнюю часть шкалы.С тех пор он был заменен HMN, который является более стабильным соединением. Чем выше CN, тем лучше качество зажигания, т.е. короче задержка зажигания. 20

21 Измерение цетанового числа В методе, разработанном для измерения CN, используется стандартизованный одноцилиндровый двигатель с переменной степенью сжатия. Рабочие условия: Температура на входе (o C) 65,6 Скорость (об / мин) 900 Опережение искры (o BTC) 13 Температура охлаждающей жидкости (o C) 100 Давление впрыска (МПа)

22 Измерение цетанового числа продолж.Когда двигатель работает в этих условиях на тестовом топливе, степень сжатия изменяется до тех пор, пока сгорание не начнется при TC, период задержки зажигания составляет 13 o. Вышеуказанная процедура повторяется с использованием смесей цетана и HMN. Смесь, которая дает задержку воспламенения 13 o при той же степени сжатия, используется для расчета цетанового числа испытательного топлива. 22

23 Цетановое число по сравнению с октановым числом Октановое число и цетановое число топлива обратно коррелированы. Бензин — плохое дизельное топливо, и наоборот.23

24 Факторы, влияющие на задержку зажигания Время впрыска При нормальных условиях двигателя минимальная задержка происходит с началом впрыска примерно при BTC. Увеличение времени задержки с более ранним или более поздним моментом впрыска происходит из-за температуры и давления воздуха в течение периода задержки. Количество впрыска Для двигателя с ХИ воздух не дросселируется, поэтому нагрузка изменяется путем изменения количества впрыскиваемого топлива. 24

25 факторов, влияющих на задержку зажигания, продолж.Увеличение нагрузки (bmep) увеличивает остаточный газ и температуру стенки, что приводит к более высокой температуре заряда при впрыске, что приводит к уменьшению задержки зажигания. Увеличение температуры и давления воздуха на впуске приведет к уменьшению задержки зажигания, увеличение степени сжатия имеет тот же эффект. 25

26 факторов, влияющих на задержку зажигания (датчик) 26

27 факторов, влияющих на период задержки (DP) 1.Степень сжатия: DP уменьшается с увеличением CR. 2. Скорость двигателя: DP уменьшается с увеличением скорости двигателя. 3. Выходная мощность: DP уменьшается с увеличением выходной мощности. 4. Распыление топлива: DP уменьшается с увеличением степени распыления. 5. Качество топлива: DP уменьшается с увеличением цетанового числа. 6. Темп. Впуска. & Давление: DP уменьшается с увеличением температуры и давления. 27

28 Влияние задержки зажигания 28

29 Детонация в двигателях CI Детонация в двигателях SI и CI принципиально схожа.В двигателях SI это происходит ближе к концу сгорания; тогда как в двигателях с ХИ это происходит в начале сгорания. Детонация в двигателях CI связана с периодом задержки. Чем больше DP, тем больше и больше капель топлива будет скапливаться в камере сгорания. Это приводит к слишком быстрому повышению давления из-за воспламенения, что приводит к заклиниванию сил на поршень и плохой работе двигателя. Когда DP слишком велик, скорость повышения давления почти мгновенная, с большим накоплением топлива.29

30 Детонация в двигателях SI и CI 30

31 Ссылки 1. Крауз У.Х. и Энглин Д.Л. (1985), Автомобильные двигатели, Тата МакГроу Хилл. 2. Истоп Т.Д. и МакКонки А. (1993), Прикладная термодинамика для англ. Технологи, Эддисон Висли. 3. Фергусан ЧР и Киркпатрик А.Т. (2001), Двигатели внутреннего сгорания, John Wiley & Sons. 4. Ганесан В. В. (2003), Двигатели внутреннего сгорания, Тата МакГроу Хилл. 5.Гилл П. У., Смит Дж. Х. и Зиурис Э. Дж. (1959), Основы двигателей I.C., Оксфорд и IBH Pub Ltd. 6. Хейслер Х, (1999), Технологии транспортных средств и двигателей, издательство Arnold Publishers. 7. Хейвуд Дж. Б. (1989), Основы двигателя внутреннего сгорания, McGraw Hill. 8. Хейвуд Дж. Б. и Шер Е. (1999), Двухтактный двигатель, Тейлор и Фрэнсис. 9. Джоэл Р. (1996), Основы инженерной термодинамики, Аддисон-Уэсли. 10. Матур М.Л. и Шарма Р.П. (1994), Курс по двигателям внутреннего сгорания, Дханпат Рай и сыновья, Нью-Дели.11. Пулкрабек В.В., (1997), Основы проектирования I.C. Engine, Prentice Hall. 12. Роджерс Г.Ф.К. и Мэйхью Ю.Р. (1992), Техническая термодинамика, Аддисон-Висли. 13. Сринивасан С. (2001), Автомобильные двигатели, Тата МакГроу Хилл. 14. Стоун Р. (1992), Двигатели внутреннего сгорания, Макмиллан Пресс Лимитед, Лондон. 15. Тейлор К.Ф., (1985), Двигатель внутреннего сгорания в теории и на практике, Том 1 и 2, MIT Press, Кембридж, Массачусетс. 31

32 Интернет-ресурсы me429 / lecture-air-cyc-web% 5b1% 5d.ppt ppt / secondary / powerpoint / sge-parts.ppt

»Поиск и устранение неисправностей малых двигателей

Ваш Engine только начал подлаживать, и вы не знаете, что делать.

Ниже приводится таблица типичных проблем двигателя и некоторые простые способы устранения проблемы, с которой вы можете столкнуться.

Эта таблица должна использоваться в качестве руководства при поиске и устранении неисправностей двигателя.Для конкретной настройки двигателя или рекомендаций обратитесь к руководству пользователя.

• Двигатель не проворачивается
• Шатуны — не заводятся
• работает грубо на низкой скорости и не ускоряется
• Возгорание при полном открытии дроссельной заслонки
• Проблема с электрической системой
• Двигатель не работает (после горячего теста)
• Остановка на высоких оборотах холостого хода
• Горячий — перезапуск не выполняется
• Не удается достичь высоких оборотов холостого хода (без нагрузки)
• Советы по запуску — команда запуска двигателя с выдвижным механизмом

ДВИГАТЕЛЬ НЕ БУДЕТ ЗАВЕРГАТЬ

Плохо подсоединены провода аккумулятора. Низкий или разряженный аккумулятор. Слишком низкая сила тока аккумулятора. Пусковые провода перевернуты. Перегорел предохранитель в жгуте проводов. Неправильная разводка переключателя. Неисправность предохранительного выключателя. Жгут проводов неправильный. Жгут проводов подключен неправильно. Ослаблены разъемы пускового троса. Разъемы корродированы или изношены. Стартер / соленоид неисправен.

Неправильный воздушный зазор электрической муфты. Ведущий шкив напротив торца ВОМ двигателя. Приводной ремень заклинивает между натяжным шкивом. Приводной ремень заклинивает между направляющими ремня. Слишком сильное натяжение приводного ремня. Пусковой момент слишком велик для стартера. Не работает автоматический сброс компрессии. Камера сгорания заполнена маслом / газом. Нет масла в картере, что приводит к заеданию штока. Приводной вал сцепления принуждая двигателя вал против внутренней упорной поверхностью, исключая люфт коленчатого вала. Трансмиссия тормозит слишком туго.

ШАТУНКИ — НЕ ЗАПУСКАЮТСЯ

Топливный бак пустой. Топливный шланг перегнут, пережат. Топливный фильтр засорен. Топливный клапан перекрыт Топливный соленоид не работает. Регулятор LPG не открывается. Вода в топливе, несвежее топливо. Неправильный тип топлива (Дизель). Дроссельная заслонка в положении остановки. Заслонка закрыта не полностью. Заслонка, залит горячий двигатель. Муфта отбора мощности включена.

Не работает предохранительная блокировка. Отсоединен провод свечи зажигания. Свеча зажигания имеет неправильный зазор. Свеча зажигания неподходящего типа. Жгут проводов не подсоединен. Проводка сломана, плохо закреплена или неисправна. Коробка передач не в нейтральном положении. Электрическое сцепление не отрегулировано. Скорость проворачивания слишком мала для запуска. Свеча зажигания ослабла. Низкое сжатие или его отсутствие.

РАБОТАЕТ НА НИЗКОМ НЕБОЛЬШОЙ И НЕ БУДЕТ УСКОРЕНИТЬ
Неправильный зазор свечи зажигания. Двигатель не прогрет должным образом. Закончилось топливо. Установлены слишком низкие обороты холостого хода (ниже 1000 об / мин).	Низкий уровень топлива на холостом ходу слишком бедный. Электромуфта тянущая. Паразитная нагрузка на карданные валы. Привод с нулевым люфтом коленчатого вала.

ЗАЖИГАНИЕ НА ПОЛНОМ ДРОССЕ
Топливо, загрязненное водой. Закончилось топливо. Топливная смесь слишком богатая или слишком бедная. Короткое замыкание топливного соленоида карбюратора. Дроссельная заслонка или воздушная заслонка настроены неправильно. Грязный карбюратор требует очистки.	Прерывистый выключатель аварийного отключения. Неисправность переключателя. Защитная блокировка (и) неисправна. Неисправен предохранитель в блоке управления агрегатом. Негерметичные, изношенные клапаны двигателей.

ПРОБЛЕМЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ

Заряды и постепенные разряды Неправильное заземление, из-за которого батарея теряет заряд при активации дополнительных устройств. Неисправный аккумулятор не держит заряд. Не взимается Регулятор-выпрямитель отказал. Регулятор-выпрямитель не заземлен. Магнит маховика не заряжен. Перегорел предохранитель или отключился автоматический выключатель.

Перегорание предохранителей Сгорел регулятор-выпрямитель. Пережимание проводов вызывает короткое замыкание. Короткое замыкание статора генератора. Электрическая муфта не включается Используется неправильный регулятор-выпрямитель. Неправильная проводка или незаземление. Двигатель работает при выключении Клемма заземления системы зажигания или провод заземления не подсоединены к модулю зажигания. Неисправный переключатель.

ДВИГАТЕЛЬ НЕ РАБОТАЕТ (ПОСЛЕ ГОРЯЧЕЙ ИСПЫТАНИЯ)
Дым поднимается из верхней части двигателя с горизонтальным валом или маховика двигателя с вертикальным валом.
Пригорание краски или масла. Перепутаны кабели аккумулятора, что приводит к короткому замыканию статора зарядки.	Неисправный регулятор-выпрямитель, вызывающий короткое замыкание статора зарядки. Электрическое сцепление — без рабочего зазора.

ОСТАНАВЛИВАЕТСЯ НА ВЫСОКОМ ХОЛОСТОМ ХОДУ
Закончилось топливо. Кончилось масло в картере. Неисправность соленоида карбюратора. Неисправность переключателя. Неисправность предохранительных блокировок. Ослаблен провод свечи зажигания.	Перегорел предохранитель в блоке управления. Карбюратор не отрегулирован. Регулятор LPG неисправен. Потеря вакуума в регуляторе сжиженного нефтяного газа. Натянутый приводной ремень вызывает заедание подшипника коленчатого вала.

ГОРЯЧЕЕ — НЕ ПЕРЕЗАПУСКАЕТСЯ
Перегрев — Засорены ребра охлаждения. Перегрев — Заблокирован кожух. Двигатель с закрытой заслонкой. Дроссельная заслонка не в среднем положении. Дроссельная заслонка влево в положении остановки. Неисправность соленоида карбюратора.	Свеча зажигания загрязнена. Убить свинцовую опору. Закончилось топливо. Потеря компрессии. Регулятор LPG не работает. Вакуум слишком низкий для открытия регулятора сжиженного газа.

НЕ МОЖЕТ ДОСТАТЬСЯ ВЫСОКИХ ОБОРОТОВ ХОЛОСТОГО ХОДА (БЕЗ НАГРУЗКИ)
Заслонка открыта не полностью. Ослаблен зажим троса управления дроссельной заслонкой. Дроссельная заслонка установлена ​​неправильно. Топливный фильтр или магистраль забиты. Впускной топливопровод слишком мал. Заканчивается топливо. Топливный бак слишком далеко от двигателя.	Неисправность топливного насоса. Бачок самотечной подачи под карбюратором. Посторонний материал в карбюраторе. Карбюратор не отрегулирован. Свеча зажигания имеет неправильный зазор, вызывая прерывистое зажигание. Обвязка приводной системы.

СОВЕТЫ ПО ЗАПУСКУ — ДВИГАТЕЛЬ УДАЛЕНИЯ КОМАНДЫ
Инструкции для двойного кабеля управления Закройте заслонку. Установите дроссельную заслонку на полную. Потяните за шнур стартера, чтобы запустить двигатель на сжатие. Верните трос стартера, затем сильно потяните. При запуске двигателя немедленно полностью откройте воздушную заслонку. Установите рычаг дроссельной заслонки в желаемое положение.	Инструкции для одиночного кабеля управления Переведите рычаг дроссельной заслонки / воздушной заслонки в положение воздушной заслонки. Потяните за шнур стартера, чтобы запустить двигатель на сжатие. Верните трос стартера, затем сильно потяните. Когда двигатель запустится, переместите рычаг управления в желаемое положение.

Советы по безопасности Джека: Перед обслуживанием или ремонтом любого силового оборудования отсоедините кабели свечи зажигания и аккумулятора.Не забудьте надеть соответствующие защитные очки и перчатки для защиты от вредных химикатов и мусора. Ознакомьтесь с нашим отказом от ответственности.

Рекомендуемые детали и продукты:

Теги: малый двигатель

Об авторе

Jacks Jack’s Small Engines поставляет запчасти для наружного силового оборудования с 1997 года. У нас также есть сервисный центр для уличного силового оборудования, такого как косилки, снегоочистители, генераторы, бензопилы и многое другое.

.