Что называется рабочим циклом машины
Перейти к содержимому

Что называется рабочим циклом машины

  • автор:

Что называется рабочим циклом машины

Рабочие циклы двигателей внутреннего сгорания

Процесс, происходящий в цилиндре двигателя за один ход поршня, называется тактом. Совокупность всех процессов, происходящих в цилиндре, т. е. впуск горючей смеси, сжатие ее, расширение газов при сгорании и выпуск продуктов сгорания, называется рабочим циклом.

Если рабочий цикл совершается за четыре хода поршня, т. е. за два оборота коленчатого вала, то двигатель называется четырехтактным.

Рабочий цикл четырехтактного карбюраторного двигатег л я. Первый такт — впуск (рис. 5, а). Поршень 3 перемещается от в. м. т. к н. м. т., впускной клапан 1 открыт, выпускной клапан 2 закрыт. В цилиндре создается разрежение (0,7—0,9 кгс/см2) и горючая смесь, состоящая из паров бензина и воздуха, поступает в цилиндр. Горючая смесь смешивается с продуктами сгорания, оставшимися в цилиндре от предшествующего цикла, и образует рабочую смесь. Чем лучше наполнение цилиндра горючей смесью, тем выше мощность двигателя.

Рекламные предложения на основе ваших интересов:
Дополнительные материалы по теме:
  • Система зажигания двигателя
  • Рулевой привод
  • Рама, передний и задний мосты
  • Сцепление автомобиля
  • Система питания дизельного двигателя автомобиля
  • Общее устройство автомобиля
  • Гидровакуумный усилитель тормозов
  • Полуоси
  • Система питания двигателей автомобиля

Температура смеси в конце впуска 75— 125 °С.

Второй такт — сжатие. Поршень перемещается от н. м. т. к в. м. т., оба клапана закрыты. Давление и температура рабочей смеси повышаются, достигая к концу такта соответственно 9—15 кгс/см2 и 350— 500 °С.

Третий такт — расширение, или рабочий ход. В конце такта сжатия рабочая смесь воспламеняется электрической искрой, происходит быстрое сгорание смеси. Максимальное давление при сгорании достигает 35—50 кгс/см2, а температура 2200— 2500 °С. Давление газов в процессе расширения передается на поршень, далее через поршневой палец и шатун — на коленчатый вал, создавая крутящий момент, заставляющий вал вращаться. В конце расширения начинает открываться выпускной клапан, давление в цилиндре снижается до 3—5 кгс/см2, а температура до 1000—1200 °С.

Рис. 1. Рабочий цикл четырехтактного карбюраторного двигателя: а — впуск, 6 — сжатие, в — расширение, г — выпуск; 1 — впускной клапан, 2 — выпускной клапан, 3 — поршень

Четвертый такт — выпуск. Поршень перемещается от н. м. т. к в. м. т., выпускной клапан открыт. Отработавшие газы выпускаются из цилиндра в атмосферу. Процесс выпуска протекает при давлении выше атмосферного. К концу такта давление в цилиндре снижается до 1,1—1,2 кгс/см2, а температура до 700—800 °С.

Далее процессы, происходящие в цилиндре, повторяются в указанной последовательности. Рабочим является только один такт — расширение, впуск и сжатие являются подготовительными, а выпуск — заключительным тактами.

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

Рабочий цикл четырехтактного дизеля. При впуске поршень движется от в. м. т к н. м. т., открыт впускной клапан. За счет образующегося разрежения в цилиндр поступает чистый воздух. Давление 0,85—0,95 кгс/см2, температура 40— 60°С.

При такте сжатия поршень движется вверх, оба клапана закрыты. Давление и температура воздуха повышаются, достигая в конце такта 35—55 кгс/см2 и 450—650 °С.

Когда поршень подходит к в. м. т., в цилиндр через форсунку впрыскивается дизельное топливо, подаваемое насосом высокого давления.

При рабочем ходе впрыснутое в цилиндр дизельное топливо самовоспламеняется от сильно сжатого и нагретого воздуха. С появлением первых очагов пламени начинается процесс сгорания, характеризуемый быстрым повышением давления и температуры. Когда поршень от в. м. т. начинает опускаться, сгорание в течение некоторого промежутка времени протекает при почти постоянном давлении. Максимальное давление газов достигает 50—90 кгс/см2, а температура — 1700—2000 °С. В конце расширения давление снижается до 2—4 кгс/см2, а температура — до 800—1000 °С. * При такте выпуска поршень перемещается от н. м. т. к в. м. т., открыт выпускной клапан. Давление газов в цилиндре снижается до 1,1—1,2 кгс/см2.

После окончания такта выпуска- начинается новый рабочий цикл.

Вследствие более высоких значений степени сжатия дизели более экономичны по расходу топлива, чем карбюраторные двигатели. Кроме того, они используют более дешевые сорта нефтяных топлив и менее опасны в пожарном отношении, чем бензин. С другой стороны, дизели имеют большую массу, чем карбюраторные двигатели, поэтому их устанавливают на отечественных автомобилях большой и очень большой грузоподъемности ( МАЗ , КрАЗ, КамАЗ и БелАЗ).

С освоением мощностей Камского автозавода дизели будут устанавливать на грузовые автомобили ЗИЛ и Уральского автозавода, а также на автобусы ЛАЗ и ЛиАЗ.

Диаграмма рабочего цикла двигателя. Рабочий цикл двигателя можно представить в виде диаграммы, на которой по вертикальной оси откладывают давление р, а по горизонтальной—объем цилиндра V.

На диаграмме четырехтактного карбюраторного двигателя линия впуска 7—1 располагается ниже линии атмосферного давления (1 кгс/см2). При такте сжатия (линия I—2—3) давление повышается, достигая наибольшей величины в точке 3.

Точка соответствует моменту проскаки-вания искры в свече зажигания и началу процесса сгорания. Линия 3—4—5—6 иллюстрирует рабочий ход, причем линия 3—4, соответствующая резкому возрастанию давления, означает процесс сгорания рабочей смеси, а линия 4—5—6— расширение газов. В точке 4 давление газов достигает наибольшей величины.

Рис. 2. Рабочий цикл четырехтактного дизеля ЯМЗ : а —впуск, б — сжатие, в — расширение, г — выпуск; 1—форсунка, 2 — топливный насос высокого давления

В точке начинает открываться выпускной клапан. Линия соответствует такту выпуска. Она располагается несколько выше линии, соответствующей атмосферному давлению.

Рис. 3. Диаграмма рабочего цикла двигателя внутреннего сгорания (а) и схема сил, действующих от давления газов (б)

На рис. 3, б показана схема сил, действующих от давления газов в одноцилиндровом двигателе. Сила Р давления газов, действующая на поршень при рабочем ходе, раскладывается на две силы: N и S. Сила N прижимает поршень к стенке цилиндра, а действие силы S передается через шатун на коленчатый вал двигателя.

Сила Г, составляющая силы S и касательная к окружности вращения шатунной шейки, действует на плече R. Произведение TR называют крутящим моментом двигателя. Крутящий момент вызывает вращение коленчатого вала. Далее он передается через механизмы трансмиссии на ведущие колеса, вызывая движение автомобиля.

Вторая составляющая силы S сила F воспринимается коренными подшипниками коленчатого вала.

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.

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.

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.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *