Каков порядок работы четырехтактного четырехцилиндрового двигателя?

Рис, 2.6. Работа четырехцилиндрового четырёхтактного двигателя (порядок работы

поршни движутся в цилиндрах в одном направлении попарно. Если в первом и четвертом цилиндрах поршни опускаются, то во втором и третьем — поднимаются (и наоборот).

2.6. Мощность и экономичность двигателя внутреннего сгорания

В процессе рабочего цикла часть тепловой энергии, выделяю­щейся при сгорании топлива, превращается в механическую. Ра­бота за один цикл, определяемая по индикаторной диаграмме,

называется индикаторной. Мощность равна отношению работы ко времени ее совершения. За единицу мощности принимается ватт (Вт), что соответствует работе в 1 Дж, выполненной в 1 с.

Индикаторная мощность Ni — это мощность, развиваемая газа­ми в цилиндрах двигателя внутреннего сгорания. Ее определяют по индикаторной работе цикла.

В зависимости от совершенства конструкции и технического состояния двигатель расходует то или иное количество топлива для выполнения одной и той же полезной работы. Чем больше теплоты, выделенной сгоревшим в цилиндре топливом, преобра­зуется в полезную работу, тем экономичнее двигатель.

Массу топлива, расходуемую двигателем при определенной нагрузке в течение 1 ч, называют часовым расходом топлива. Зная расход Gт, (кг/ч), можно определить удельный индикаторный расход топлива gi [г/(кВт • ч)], т. е. массу топлива, затрачиваемого в 1 ч на единицу индикаторной мощности:

Степень использования теплоты, которая может быть выделе­на при сгорании топлива, поданного в двигатель для получения индикаторной работы, определяется индикаторным коэффици­ентом полезного действия (КПД).

Индикаторный КПД — это отношение теплоты Qi, эквивален­тной индикаторной работе цикла, к расчетной теплоте Qт сгорания топлива, затраченной на получение этой работы:

где gi — удельный индикаторный расход топлива, г/(кВт • ч); Hu низшая удель­ная теплота сгорания топлива, МДж/кг.

При работе в номинальном режиме индикаторный КПД авто­тракторных карбюраторных двигателей составляет 0,26. 0,35, а дизелей— 0,38. 0,45. Индикаторные удельный расход топлива и КПД характеризуют, насколько совершенно протекает действи­тельный рабочий цикл.

Мощность трения NТ —это часть индикаторной мощности, требуемая для преодоления трения движущихся деталей и приве­дения в действие вспомогательных устройств двигателя (масля­ного и водяного насосов, вентилятора, генератора, топливного насоса и др.). Она зависит от состояния трущихся поверхностей, качества смазочного материала, износа деталей и других показа­телей.

Эффективная мощность — это мощность двигателя, передавае­мая рабочей машине или трансмиссии,

Механический КПД — это отношение эффективной мощнос­ти к индикаторной;

При работе в номинальном режиме механический КПД со­временных автотракторных двигателей составляет 0,75. 0,88.

Рабочий цикл дизелей характеризуется большими давления­ми, чем рабочий цикл карбюраторных двигателей. Поэтому у ди­зелей увеличиваются затраты мощности на трение, вследствие чего их механический КПД меньше.

С увеличением частоты вращения коленчатого вала двигателя механический КПД уменьшается. В условиях эксплуатации меха­нический КПД снижается с уменьшением нагрузки, так как ме­ханические потери при этом почти не изменяются.

Читать еще:  Можно ли восстановить шипованную резину?

Эффективный КПД оценивает степень использования в дви­гателе теплоты сгоревшего топлива с учетом всех потерь (тепло­вых и механических):

При работе на номинальном режиме значение эффективного КПД для автотракторных карбюраторных двигателей составляет 0,24. 0,28, для дизелей —0,32. 0,40.

Экономичность различных двигателей сравнивают по эффек­тивному удельному расходу топлива ge представляющему собой массу топлива, расходуемую в 1 ч на единицу эффективной мощ­ности:

Номинальное значение ge у современных автотракторных бензиновых карбюраторных двигателей находится в пределах 285.. .320 г/(кВт — ч), а у дизелей — 280.. .260 г/(кВт • ч). Экономич­ность — основное преимущество современных дизелей.

Эффективные КПД и удельный расход топлива характеризуют экономичность двигателя. Связь между этими показателями оп­ределяется формулой

Только небольшая часть теплоты, которая может выделиться при полном сгорании топлива в двигателе, превращается в по­лезную. Причины этого следующие.

Отработавшие газы, выталкиваемые в такте выпуска, содержат значительное количество теплоты, которое не используется для полезной работы.

Часть теплоты расходуется на нагрев деталей. Чтобы температура их была постоянной и невысокой, система охлаждения непрерывно отводит от этих деталей теплоту в атмосферу.

3. Часть теплоты теряется из-за химической неполноты сгора­ния топлива, а часть потерь теплоты (незначительная) не может быть учтена.

Примерный баланс использования теплоты топлива в двигате­лях следующий. Количество теплоты, превращенной в полезную (эффективную) работу на коленчатом валу, составляет 24. 28 % у карбюраторных двигателей и 32. 40 % — у дизельных, отводимой в системе охлаждения— соответственно 22. 23и 20. 30, отводи­мой отработавшими газами — 35. 40 и 25. 35, ее потери из-за хи­мической неполноты сгорания топлива и неучтенные — соответ­ственно 10. 25 и 2. 5%.

Совершенство конструкции двигателя принято оценивать по литровой мощности и удельной массе двигателя.

Литровая мощность, кВт/л, — это номинальная мощность дви­гателя NеН, отнесенная к рабочему объему Vл всех цилиндров:

Она характеризует двигатель с точки зрения использования объема. Чем больше литровая мощность двигателя, тем меньше его размеры и масса. Литровая мощность автотракторных карбю­раторных бензиновых двигателей составляет 18. 40 кВт/л, дизе­лей — 10. 20 кВт/л. У двигателя ЗИЛ-130 Nл = 19,9, кВт/л, у дизе­ля Д-240 Nл =11,6 кВт/л.

Удельная масса двигателя, кг/кВт, — это отношение массы не­заправленного двигателя к его номинальной мощности NеН:

Этот показатель зависит от типа, назначения и конструктив­ной схемы двигателя, качества материалов и технологии изготов­ления.

Удельная масса автотракторных карбюраторных двигателей составляет 2. 5 кг/кВт, дизелей —3,5. 10 кг/кВт. У двигателя ЗИЛ-130 gN = 4,4 кг/кВт, у дизеля Д-240 gN = 7,8 кг/кВт.

Порядок работы 4-цилиндрового двигателя

Четырёхтактный двигатель сегодня является наиболее распространённой разновидностью ДВС. Изобретён он был в конце XIX века немецким конструктором Николаусом Отто, и с тех пор нашёл широчайшее применение в различных областях техники. Такие двигатели используются в автомобилестроении, ими оснащаются речные и морские суда, поршневые самолёты, железнодорожные локомотивы. Рассмотрим подробнее устройство этого силового агрегата иразберёмся, каков принцип и порядок работы 4-цилиндрового варианта двигателя Отто.

Читать еще:  Сухие банки в аккумуляторе что делать?

Порядок работы цилиндров двигателя

Двигатель внутреннего сгорания практически без особых изменений дошёл до наших дней. Технически он состоит из следующих деталей:

  • корпус цилиндра;
  • поршень, передвигающийся внутри цилиндра;
  • свечи, с помощью которых в цилиндр подаётся электрическая искра;
  • коленчатый вал, через который крутящее усилие передаётся на ходовую часть;
  • шатун, соединяющий поршень с коленвалом.

Кроме того, современные силовые установки могут оснащаться дополнительными деталями, делающими их работу более эффективной. Это маховики коленвала, газораспределительная система, электронный впрыск и т. д.

Порядок работы 4-тактного двигателя основан на цикле Отто, получившем название по имени своего изобретателя. Состоит этот цикл из четырёх последовательных фаз, или тактов. Сегодня производится несколько разновидностей таких двигателей, каждый из которых, по сути, является подвидом исходного образца, впервые собранного в Германии полтора столетия назад. Отличаются они друг от друга лишь порядком расположения цилиндров и бывают рядными, V-образными или оппозитными.

Справка! Независимо от особенностей конструкции, за один полный ход поршня в любых разновидностях 4-тактных ДВС последовательно происходят все четыре такта, соответствующие двум полным оборотам коленчатого вала.

1 такт – впуск топливовоздушной смеси в цилиндр. После открытия впускного клапана в полость цилиндра всасывается топливо, представляющее собой смесь бензиновых паров и воздуха. Поршень в этой фазе перемещается вниз, достигая в её конце крайней нижней точки, коленвал делает пол-оборота.

2 такт – сжатие. Поршень начинает перемещение с крайней нижней точки вверх, а коленчатый вал проворачивается ещё на половину оборота. Таким образом, за два такта (впуск и сжатие) он совершает один полный оборот. В конце фазы сжатия поршень достигает верхней точки своего хода.

3 такт – расширение. В сжатую поршнем топливную смесь через свечу зажигания подаётся электрическая искра. В результате происходит взрывообразное воспламенение паров топлива, и энергия этого микровзрыва толкает поршень обратно вниз. Через шатун поршень передаёт крутящий момент на коленвал, который проворачивается ещё на 180 о .

4 такт – выпуск. В начале последнего такта поршень находится в своей самой нижней точке, но под действием инерционного вращения коленвала начинает вновь перемещаться в верхнюю часть цилиндра. Одновременно с этим открывается выпускной клапан, и скопившиеся внутри отработанные газы выталкиваются в выхлопной коллектор. После этого все четыре цикла вновь повторяются.

Рассмотрим для наглядности, как работают все три основных типа 4-тактных ДВС.

Конструкция рядного двигателя представляет собой цилиндры, выстроенные в одну линию. Обычно их количество составляет от двух до шести-восьми. Самыми распространёнными рядными 4-тактными ДВС, применяемыми в автомобилестроении, являются 4-цилиндровые силовые агрегаты. Главный принцип, которому следуют разработчики двигателе − силовая установка должна передавать крутящий момент на ходовую часть как можно плавнее, без рывков.

Читать еще:  Сломался прикуриватель в машине что делать?

Для этого поршни всех соседних цилиндров должны в один момент времени находиться в разных фазах своего перемещения. К примеру, 4-цилиндровые ДВС, устанавливаемые на отечественных «Ладах», работают по следующей схеме: 1-3-4-2. То есть, первый такт работы сначала происходит в первом цилиндре, затем в третьем, далее в четвёртом, и позже всех – во втором. А газовские моторы отсчитывают такт в порядке 1-2-4-3. В результате этого толкающее усилие передаётся на коленчатый вал непрерывно, а не рывками, как было при синхронной работе всех цилиндров.

Справка. Принцип «работы вразнобой» применяется во всех типах 4-тактных двигателей, независимо от количества цилиндров. Если их число больше четырёх, то одновременная работа поршней допускается только в цилиндрах, максимально удалённых друг от друга.

Другая распространённая конструкция 4-тактных ДВС предусматривает расположение цилиндров в два ряда. При этом оба ряда находятся под некоторым углом по отношению друг к другу, в разных моделях − от 45 до 120 о .

Подобный вариант расположения позволяет сделать мотор более компактным, увеличив при этом число рабочих цилиндров. В поперечном разрезе такой двигатель имеет форму латинской буквы V, откуда и произошло его название.

Особенностью работы V-образных силовых агрегатов является попеременное прохождение рабочих фаз поршнями из противоположных рядов. Такты 4-цилиндровый мотор отсчитывает по схеме 1-3-2-4, где первый и второй цилиндры относятся к одному ряду, а третий и четвёртый – к другому.

Оппозитные

Оппозитные двигатели – довольно редкая конструкция, встречающаяся сегодня в основном на японских легковых автомобилях, а также на некоторых мотоциклах. Они, как и V-образные ДВС, представляют собой моторы-«двухрядники», но со своей особенностью. Особенность их конструкции и работы состоит в том, что противолежащие цилиндры располагаются под углом 180 о по отношению друг к другу.

Перемещение поршней в них происходит зеркально. На практике такая схема для 4-цилиндрового «оппозитника» выглядит так: 1-3-2-4. То есть, когда поршень первого цилиндра перемещается вверх, то и на противоположном цилиндре №2 он также идёт к своей верхней точке. Разница только в том, что первый поршень находится в фазе сжатия топливовоздушной смеси, а второй совершает такт выпуска отработанных газов из камеры сгорания в выхлопной коллектор.

Как видим, несмотря на разнообразие конструкций 4-тактных ДВС, в основе их работы лежит цикл Отто. Простота конструкции и высокая надёжность работы подобных механизмов стала причиной их широчайшего распространения во всём мире и во всех областях машиностроения.

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector