Что называется рабочим циклом машины
Перейти к содержимому

Что называется рабочим циклом машины

  • автор:

Общее устройство, основные параметры и рабочий цикл

На современных автомобилях чаще всего устанавливают двигатели внутреннего сгорания. В двигателе внутреннего сгорания используется давление расширяющихся газов, которые образуются при сгорании топлива в цилиндре. Здесь необходимо отметь, что фактически в цилиндре происходит сжигание рабочей смеси, состоящей из горючей смеси топлива и воздуха, а также остатков отработавших газов предыдущего цикла.

По способу образования горючей смеси и виду применяемого топлива двигатели бывают:
1) с внешним смесеобразованием (карбюраторные, работающие на бензине, и газосмесительные, работающие на горючем газе);
2) с внутренним смесеобразованием (дизельные, работающие на дизельном топливе).

Воспламенение рабочей смеси в двигателях внутреннего возгорания осуществляется при помощи электрического разряда (в двигателях с внешним смесеобразованием) или из-за высокой степени сжатия (дизельные двигатели). В результате сгорания газы оказывают давление на поршень, придавая ему прямолинейное движение. Это движение при помощи шатуна и коленчатого вала преобразуется во вращательное движение маховика. Для того чтобы постоянно поддерживать работу двигателя, необходимо периодически очищать камеру сгорания от отработанных продуктов сгорания и наполнять ее свежим зарядом горючей смеси, это осуществляется при помощи впускных и выпускных клапанов.

Поршень, перемещаясь в цилиндре, совершает возвратно-поступательное движение. Крайние положения, в которых поршень меняет направление своего движения, называются нижней и верхней мертвыми точками (НМТ и ВМТ). Расстояние, которое проходит поршень между мертвыми точками, называется ходом поршня. Процесс, который происходит в цилиндре двигателя за один ход поршня, называется тактом.

Пространство внутри цилиндра, которое освобождается поршнем при его перемещении от ВМТ к НМТ, называется рабочим объемом цилиндра. Наименьшее пространство в цилиндре, которое образуется в тот момент, когда поршень находится в ВМТ, называется объемом камеры сгорания. Рабочий объем цилиндра и объем камеры сгорания в совокупности образуют полный объем цилиндра. Сумма всех рабочих объемов цилиндра в двигателе называется литражом двигателя. Литраж двигателя, как правило, выражается в кубических сантиметрах. Отношение полного объема цилиндра к объему камеры сгорания называется степенью сжатия. Степень сжатия является одним из наиболее важных показателей двигателя. С увеличением степени сжатия повышается экономичность и мощность двигателя.

Для выполнения основного рабочего такта, при котором происходит сгорание рабочей смеси и расширение газов, необходимо осуществить несколько подготовительных тактов. К подготовительным тактам относятся:
1) впуск горючей смеси;
2) сжатие;
3) выпуск отработанных газов.

Непрерывность работы двигателя достигается совокупностью периодически повторяющихся в цилиндре процессов (тактов), которые объединяются в единый цикл. Поскольку рабочий цикл осуществляется за четыре прохода поршня, то автомобильные ‘ двигатели часто называют четырехтактными.
Последовательность чередования тактов в рабочих циклах двигателей с внешним смесеобразованием такая же, как и в двигателях с внутренним смесеобразованием. Отличие заключается только в степени сжатия и в способе воспламенения рабочей смеси.

Чередование тактов в автомобильном двигателе имеет следующую последовательность: впуск, сжатие, рабочий ход, выпуск.
Впуск — происходит движение поршня от ВМТ к НМТ. При этом такте впускной клапан остается открытым. Из-за увеличения объема внутри цилиндра создается разряжение, в результате чего происходит заполнение цилиндра свежим зарядом горючей смеси.

Сжатие — в этом такте происходит движение поршня от НМТ к ВМТ. Впускной и выпускной клапаны закрыты. Объем внутри цилиндра над поршнем уменьшается, в результате этого рабочая смесь сжимается. Благодаря сжатию улучшается испарение и перемешивание паров топлива с воздухом.

Рабочий ход (сгорание и расширение) — в этом такте происходит воспламенение рабочей смеси от электрического разряда (в двигателях с внешним смесеобразованием) или от высокой степени сжатия (в дизельных двигателях с внутренним смесеобразованием). Внутри цилиндра образуется высокое давление и температура, которая может достигать 9000 °С. Под давлением расширяющихся газов поршень перемешается от ВМТ к НМТ. Впускной и выпускной клапаны закрыты.

Выпуск — поршень перемещается от НМТ к ВМТ. Выпускной клапан открыт. Происходит вытеснение отработанных газов из камеры сгорания цилиндра автомобильного двигателя.

Для обеспечения нормальной работы двигатель внутреннего сгорания содержит два механизма и четыре системы:
1) кривошипно-шатунный механизм;
2) газораспределительный механизм;
3) систему охлаждения;
4) систему смазки;
5) систему питания;

6) систему зажигания.

Двигатели, работающие на дизельном топливе, не имеют системы зажигания.
Кривошипно-шатунный механизм воспринимает давление газов при их расширении, а также преобразует прямолинейное, возвратно-поступательное движение поршня во вращательное движение коленчатого вала.

Газораспределительный механизм предназначен для своевременного впуска в камеру сгорания цилиндра необходимого количества горючей смеси и выпуска из камеры отработанных газов.

Система охлаждения необходима для отвода излишнего тепла от деталей двигателя. Кроме этого система охлаждения поддерживает оптимальный температурный режим работающего автомобильного двигателя. Система охлаждения может быть жидкостной и воздушной.

Система смазки предназначена для подачи смазки к трущимся поверхностям деталей автомобильного двигателя, для отвода тепла от деталей, уноса механических частиц, которые образуются в результате трения, а также для очистки моторного масла.

Система питания служит для приготовления горючей смеси, подачи ее в камеры сгорания цилиндров двигателя и удаления продуктов сгорания. В Дизельных двигателях система питания обеспечивает впрыск топлива в цилиндры в мелкораспыленном виде.

Система зажигания предназначается для преобразования тока низкого напряжения в ток высокого напряжения, чтобы образовать электрический заряд в камере сгорания цилиндра двигателя для воспламенения рабочей смеси.

При одноцилиндровом двигателе на один рабочий ход приходится три подготовительных такта, поэтому такой двигатель работает неравномерно. Кроме этого масса такого двигателя, приходящаяся на единицу мощности, будет невелика. Для того чтобы устранить такие недостатки, применяют двигатели с большим числом цилиндров и шатуны, которые связаны с кривошипами общего коленчатого вала. Конструкция коленчатого вала разработана таким образом, что рабочие такты в различных цилиндрах не совпадают, а подготовительные такты одних цилиндров приходятся на рабочие такты других цилиндров. Следовательно, снижается роль маховика, что позволяет уменьшить его массу. Это, в свою очередь, уменьшает общую массу двигателя, приходящуюся на единицу мощности. Обеспечивается равномерность в работе двигателя.

В многоцилиндровых двигателях цилиндры могут располагаться в один ряд вертикально или наклонно, а также в два ряда под углом 90° (такое расположение называется V-образным). Кроме этого в некоторых моделях дорогих и мощных европейских автомобилей ставится многоцилиндровый двигатель, который представляет собой пару соединенных между собой V-образных двигателей, такие двигатели называются W-образные.

Рабочий цикл двигателя

Время на прочтение: 2 минут(ы) 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.

ТОП 5 самых больших двигателей

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.

Предварительная подготовка двигателя к ремонту

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.

Что называется рабочим циклом машины

Рабочим циклом называется совокупность периодически повторяющихся в цилиндре двигателя процессов, обусловливающих его непрерывную работу. Процесс (или процессы), происходящий в цилиндре за один ход поршня называется тактом.

Рабочие циклы большинства автомобильных двигателей осуществляются за четыре хода поршня (такта), поэтому эти двигатели называются четырехтактными. На протяжении всех четырех тактов рабочего цикла давление газов в цилиндре изменяется. Изменение абсолютного давления газов р в зависимости от их объема V изображается на диаграмме, которая называется индикаторной диаграммой рабочего цикла.

Рабочий цикл дизеля.

При первом такте (впуск) поршень перемещается от ВМТ к НМТ, впускной клапан открыт, а выпускной клапан закрыт. В цилиндре создается пониженное давление 0,08-0,09 МПа, через впускной клапан в цилиндр поступает воздух. В цилиндре воздух смешивается с продуктами сгорания, оставшимися от предшествующего цикла и нагревается до температуры 35-75°С. На индикаторной диаграмме этому такту соответствует линия 7-1. При втором такте (сжатие) поршень перемещается от НМТ к ВМТ, оба клапана закрыты. Так как степень сжатия в дизеле равна 15—22, то давление и температура газов в цилиндре сильно повышаются, к концу этого такта они достигают соответственно значений 3-6 МПа и 425-625°С. На индикаторной диаграмме этому такту соответствует линия 1-2.

На третьем такте (сгорание и расширение) в цилиндр под высоким давлением форсункой впрыскивается топливо (точка 2 конца такта сжатия), которое перемешивается с воздухом, нагревается от него, воспламеняется и сгорает (линия 3-4 на диаграмме). Давление газов в результате сгорания (точка 4) увеличивается до 5,5—9,0 МПа, а температура до 1425—1925°С. Поршень к этому моменту пройдет ВМТ и будет двигаться вниз. В течение этого такта происходит полезная работа цикла, поэтому его называют рабочим ходом.

В конце рабочего хода начинает открываться выпускной клапан (точка 5), давление в цилиндре уменьшается (точка 6) до 0,3—0,5 МПа, а температура понизится до 925— 1225°С.

При четвертом такте (выпуск) поршень перемещается от НМТ к ВМТ, выпускной клапан открыт, а впускной закрыт. Давление в цилиндре больше атмосферного, отработавшие газы вытесняются поршнем из цилиндра через выпускной клапан. На протяжении выпуска (линия 6-7) давление и температура газов в цилиндре изменяются мало и к концу этого такта, т.е. к моменту прихода поршня в ВМТ, они составляют соответственно 0,105-0,125 МПа и 325-625°С. Далее процессы, происходящие в цилиндре, повторяются в той же последовательности. Рабочим является только один такт сгорания — расширения, а такты впуска, сжатия и выпуска являются вспомогательными.

Схема работы четырехтактного дизеля:
а — впуск, б — сжатие, в — сгорание и расширение, г — выпуск;
1 — впускной клапан, 2 — форсунка, 3 — выпускной клапан,
4 — поршень, 5 — топливный насос высокого давления.

При пуске двигателя его коленчатый вал вращается электродвигателем (стартером) или пусковой рукояткой. Когда двигатель начинает работать, впуск, сжатие и выпуск происходят за счет энергии, накопленной маховиком двигателя при рабочем ходе.

В одноцилиндровом четырехтактном двигателе рабочий ход совершается один раз за два оборота коленчатого вала, поэтому коленчатый вал вращается неравномерно, несмотря на наличие маховика.

Рабочий цикл четырехтактного карбюраторного двигателя.

Последовательность чередования тактов такая же, как и в рабочем цикле дизеля, за исключением следующих отличий:

  1. При такте впуска в цилиндр поступает горючая смесь, состоящая из паров бензина и воздуха (или газообразное топливо и воздух). В конце такта впуска, когда поршень находится в НМТ, давление в цилиндре равно 0,08-0,09 МПа, а температура 45-105°С.
  2. Так как степень сжатия у карбюраторных и газовых двигателей намного меньше, чем у дизелей, и составляет примерно 6—9, то и давление, а также температура рабочей смеси в конце такта сжатия не превышают соответственно 0,9-1,5 МПа и 325-525°С.
  3. В конце такта сжатия рабочая смесь воспламеняется от электрической искры и происходит ее быстрое сгорание, когда поршень находится около ВМТ, максимальное давление при сгорании 3,5-6,0 МПа, а температура 2025-2425°С. Как и в дизеле, в конце процесса расширения начинает открываться выпускной клапан, происходит резкое понижение давления. При нахождении поршня в НМТ, давление газов в цилиндре составляет 0,4-0,6 МПа, а температура 1125-1425°С.
  4. Такт выпуска происходит так же, как в дизеле. Давление газов в цилиндре снижается до 0,102-0,12 МПа, а температура — до 625-825°С.

Таким образом, по способу смесеобразования и воспламенения топлива автомобильные поршневые двигатели подразделяются на две группы: с внутренним смесеобразованием и воспламенением от соприкосновения с воздухом, сильно нагретым в цилиндре в результате высокого сжатия (дизели); с внешним смесеобразованием и принудительным зажиганием от искры (карбюраторные и газовые).

В настоящее время продолжаются попытки использовать для автомобилей газовые турбины и роторно-поршневые двигатели, однако количество таких автомобилей очень невелико.

Дизели более экономичны по расходу топлива, чем карбюраторные и газовые двигатели. Это объясняется высокой степенью сжатия, улучшающей использование выделяющейся теплоты в результате большего расширения продуктов сгорания в течение рабочего хода.

Кроме того; дизели потребляют более дешевые сорта нефтяных топлив и менее опасны в пожарном отношении. Дизели имеют большой ресурс до капитального ремонта (400—800 тыс. км пробега автомобиля).

Однако дизели дороже в производстве (в 1,5—2,0 раза) и имеют большую массу, чем карбюраторные и газовые двигатели, поэтому их устанавливают на отечественные автомобили большой и особо большой грузоподъемности.

Рабочие циклы ДВС

Рабочий цикл — последовательность процессов, периодически повторяющихся в двигателе. Цикл может быть осуществлен либо за два (двухтактный), либо за четыре (четырехтактный) такта.

Рабочий цикл двигателя включает в себя следующие такты работы:

• впуск — заполнение цилиндра свежим зарядом;

• сжатие интенсифицирует процесс сгорания, а также предопределяет более глубокое последующее и возможную полноту использования теплоты, выделяющейся при сжигании топлива в цилиндре;

• расширение — рабочая смесь сгорает, газы, стремясь расшириться, перемешают поршень от ВМТ к НМТ;

• выпуск — очистка цилиндра от отработавших газов.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *