В цилиндре двигателя внутреннего сгорания давление в конце такта сжатия

Способ определения давления двигателя внутреннего сгорания в конце такта сжатия

Владельцы патента RU 2447416:

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для диагностирования двигателей внутреннего сгорания. Технический результат заключается в повышении точности определении давления в конце такта сжатия с учетом влияния свойств смазочных материалов на величину снимаемых показаний. Способ определения давления двигателя внутреннего сгорания в конце такта сжатия заключается в том, что двигатель внутреннего сгорания (ДВС) с помощью дополнительного источника энергии выводят на рабочий режим. Отключают дополнительный источник, перекрывают подачу топлива в ДВС и вновь подключают к нему дополнительный источник энергии. Измеряют давление в цилиндре ДВС и одновременно с ним температуру на его поверхности. Замеры ведут в нескольких точках. По снятым значениям строят зависимость давления от температуры и за величину давления сжатия принимают давление на горизонтальном участке построенной зависимости. 2 ил.

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к определению технического состояния двигателей внутреннего сгорания по давлению в цилиндрах в конце такта сжатия, и может быть использовано для диагностирования состояния поршневых машин косвенным путем.

Измерение давления в конце такта сжатия проводят для оценки качества уплотнения цилиндро-поршневой группы ДВС, от которого зависит утечка газа из рабочего пространства и, как следствие, мощность двигателя и расход топлива и масла.

Известен способ определения давления в конце такта сжатия (см. а.с. СССР №1059459, от 25.02.82, G0L 23/00), основанный на подаче под давлением в цилиндр обследуемого ДВС газа, предотвращающего воспламенение топлива, что позволяет с помощью датчика давления регистрировать давление в цилиндре на работающем двигателе.

Недостатком указанного способа является недостаточная точность определения давления сжатия, связанная с погрешностью из-за существенного влияния температуры стенок цилиндра на величину измеряемого параметра. Таким образом, для более точного измерения давления необходимо учитывать, при какой температуре производились измерения и температура какой точки цилиндра принималась за контрольное значение, что соответственно усложняет процесс измерения.

Наиболее близким аналогом предлагаемого решения является способ, распространенный в практике диагностирования ДВС, (см. учебник для ВУЗов авт. Луканина В.Н., Морозова К.А. и др., т.1 «Теория рабочих процессов». — М.: Высшая школа, 2007. — С.466-467). Известный способ основан на определении давления в конце такта сжатия путем одновременного измерения давления и температуры двигателя при проворачивании с помощью постороннего источника энергии коленчатого вала ДВС без подачи в последний топлива.

Способ осуществляется следующим образом.

При помощи постороннего источника энергии двигатель внутреннего сгорания выводят на рабочий режим, затем перекрывают подачу топлива и с помощью того же источника поворачивают коленчатый вал прогретого двигателя. Посторонним источником энергии может служить электродвигатель, если диагностирование производят на стенде, описанном, например, в учебном пособии авт. Стефановского Б.С., Скобцева Е.А. и др. «Испытания двигателей внутреннего сгорания. — М.: Машиностроение, 1972. — С.62-64, или стартер, если диагностируется двигатель автомобиля. По мере остывания ДВС компрессометром или датчиком давления измеряют давление и одновременно с ним температуру в конце такта сжатия. Известно, что при уменьшении температуры увеличивается вязкость смазочных материалов, что соответственно отражается на показаниях прибора, поэтому для получения неискаженных параметров необходимо поддерживать температурный режим стенок цилиндров постоянным. Однако в известном способе это условие не выполняется, а факт изменения свойств смазочных материалов при определении давления не учитывается.

Недостатком вышеописанного способа является недостаточная точность определения давления в конце такта сжатия из-за неучитываемого влияния на снимаемые параметры свойств смазочных материалов, изменяющихся при изменении температуры.

Заявляемый способ позволяет получить новый по сравнению с прототипом технический результат, заключающийся в повышении точности определения давления в конце такта сжатия с учетом влияния свойств смазочных материалов на величину снимаемых показаний.

Для достижения указанного технического результата используется следующая совокупность существенных признаков: в способе определения давления ДВС в конце такта сжатия, так же, как и в прототипе, двигатель внутреннего сгорания с помощью дополнительного источника энергии выводят на рабочий режим, затем отключают дополнительный источник, перекрывают подачу топлива в ДВС и вновь подключают к нему дополнительный источник энергии, после чего измеряют давление в цилиндре ДВС и одновременно с ним температуру на его поверхности, в отличие от прототипа замеры ведут в нескольких точках, по снятым значениям строят зависимость давления от температуры и за величину давления сжатия принимают давление на горизонтальном участке построенной зависимости.

Сущность способа заключается в том, что в отличие от прототипа, где давление сжатия определяют по показаниям, снятым в любой произвольной точке периода остывания двигателя, в предлагаемом способе для получения достоверных данных об указанном параметре берутся показания только на определенном участке. Так как давление сжатия, как указывалось выше, из-за влияния вязкости смазочных материалов, растет по мере уменьшения температуры ДВС, то полученные в известном аналоге параметры могут не соответствовать реальной характеристике технического состояния цилиндро-поршневой группы. В отличие от него в предлагаемом способе учитываются только те показания, которые не изменяются с изменением температуры, т.е. располагаются на горизонтальном участке зависимости давления от температуры.

Сопоставление предлагаемого способа и прототипа показало, что поставленная задача — повышение точности определения давления в конце такта сжатия — решается в результате новой совокупности признаков, что доказывает соответствие предлагаемого изобретения критерию патентоспособности «новизна».

В свою очередь проведенный информационный поиск в области измерительной техники не выявил решений, содержащих отдельные отличительные признаки заявляемого изобретения, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого способа критерию «изобретательский уровень».

Сущность указанного способа поясняется чертежом, где

на фиг.1 представлена схема устройства, реализующего указанный способ;

на фиг.2 — график зависимости давления в конце такта сжатия от температуры стенок цилиндра.

Для реализации способа используется устройство (фиг.1), состоящее из двигателя внутреннего сгорания 1, спаренного и приводимого в действие электродвигателем 2, датчиков давления 3, установленных в цилиндрах 4 ДВС 1 и выводящих значения давления от угла поворота коленчатого вала 5 на ПЭВМ 6, хромель-копелевых термопар 7, отображающих значения температур на измерителе температур 8 в районе верхней мертвой точки 9, клапана 10, установленного в топливопроводе 11, соединяющем ДВС 1 с топливным баком 12 и используемым для перекрытия подачи топлива в ДВС 1 при прокручивании двигателя от электродвигателя 2.

На фиг.2 изображена зависимость давления сжатия от температуры стенки цилиндра, которую можно представить в следующем виде:

где рс — давление в конце такта сжатия; pжд — жидкостная составляющая давления в конце такта сжатия; Т — температура, ргр — граничная составляющая давления. Составляющая ржд — это доля давления рс, обеспечиваемая уплотняющим действиям слоя смазочной жидкости (масла) между поверхностью втулки цилиндра и поршневыми кольцами; величина ржд определяется вязкостными свойствами моторного масла, т.е. является функцией температуры. Составляющая ргр — это та доля давления рс, которая обеспечивается зазорами между кольцами и стенкой цилиндра, а поэтому определяется состоянием трущихся поверхностей и толщиной адсорбированного слоя масла — граничной пленки — на поверхностях трения втулки цилиндра и колец; давление ргр от температуры не зависит. В качестве значения, характеризующего давление в конце сжатия, принимается значение ргр, соответствующее горизонтальному участку зависимости рс(Т), т.е. параллельному оси абсцисс.

Пример реализации способа

Определение давления в конце такта сжатия в цилиндрах дизеля марки Д120 проводилось специалистами Санкт-Петербургского государственного университета водных коммуникаций в лабораторных условиях. Испытания проводились на дизельном стенде, оснащенном трехфазным асинхронным электродвигателем 2, вал которого спарен с коленчатым валом 5 дизеля 1. Давление газов в цилиндрах измеряли с помощью датчиков давления 3, а температуру стенок цилиндров с помощью хромель-копелевых термопар 7. Дизель 1 был выведен на заданный режим, затем остановлен, при этом была перекрыта подача топлива из топливного бака 12 клапаном 10, после чего включен электродвигатель 2 на проворачивание коленчатого вала 5 дизеля 1. При проворачивании по мере остывания дизеля периодически регистрировали давление рс через ПЭВМ 6 и соответствующую температуру Тцил стенок цилиндров в районе верхней мертвой точки 9. По снятым показаниям была построена зависимость рсцил) (фиг.2). Как видно из графика, давление сжатия имеет постоянную величину на участке от 120° до 95°. Далее по мере остывания оно начинает возрастать в силу влияния на него вязкости масла. Таким образом, для данного примера величина 4,60 МПа соответствует точному значению давления сжатия, по которому с большей объективностью можно судить о техническом состоянии цилиндро-поршневой пары ДВС.

Изложенное выше позволяет сделать вывод о соответствии изобретения критерию «промышленная применимость».

Способ определения давления двигателя внутреннего сгорания в конце такта сжатия, заключающийся в том, что ДВС (двигатель внутреннего сгорания) с помощью дополнительного источника энергии выводят на рабочий режим, затем отключают дополнительный источник, перекрывают подачу топлива в ДВС и вновь подключают к нему дополнительный источник энергии, после чего измеряют давление в цилиндре ДВС и одновременно с ним температуру на его поверхности, отличающийся тем, что замеры ведут в нескольких точках, по снятым значениям строят зависимость давления от температуры и за величину давления сжатия принимают давление на горизонтальном участке построенной зависимости.

Читать еще:  Блок регулировки температуры поступающего в двигатель воздуха

Глава 4. РАБОТА ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ. 380

При работе поршневого двигателя внутреннего сгорания поршень совместно с верхней головкой шатуна движется в цилиндре поступательно (вверх – вниз), при этом коленчатый вал совместно с нижней головкой шатуна совершает вращательные движения.У подавляющего большинства двигателей, если смотреть на двигатель со стороны шкива, вращение коленчатого вала осуществляется по часовой стрелке.За один оборот коленчатого вала (360°) поршень в цилиндре совершает два хода (один ход вверх и один вниз). При постоянной скорости вращения коленчатого вала двигателя, поршень в цилиндре движется с ускорением – замедлением. Наименьшие скорости движения поршня будут наблюдаться при его «крайних» положениях в цилиндре — в верхней и нижней части. В верхней и нижней части цилиндра поршень «вынужден» сделать остановку, чтобы поменять направление движения. Точки в цилиндре, где поршень «останавливается» и изменяет направление своего движения, называются «мёртвыми точками». Самое дальнее положение поршня в цилиндре относительно оси коленчатого вала (верхнее положение), называют «верхней мёртвой точкой» (в.м.т.), самое ближнее положение поршня в цилиндре относительно оси коленчатого вала (нижнее положение), называют «нижней мёртвой точкой» (н.м.т.).
Чтобы установить поршень (допустим первого цилиндра) в верхнюю мёртвую точку в конце такта сжатия, необходимо повернуть коленчатый вал (например, ключом за гайку храповика) таким образом, чтобы поршень в первом цилиндре занял крайнее верхнее положение, при этом впускные и выпускные клапаны этого цилиндра должны быть закрыты.
Ремонтируя двигатель, или выполняя регулировочные работы, эту операцию ВАМ придётся проделывать множество раз.
Работа двигателя складывается из совокупности процессов, протекающих в цилиндрах двигателя с определённой последовательностью. Эти процессы называют рабочим циклом. Рабочий цикл четырёхтактного двигателя осуществляется за два оборота коленчатого вала и состоит из тактов впуска, сжатия, рабочего хода (расширения) и выпуска.
Прежде чем приступить к более подробному рассмотрению рабочего цикла следует познакомиться с некоторыми определениями и терминами, знание и понимание которых даст Вам возможность не только общаться на одном языке с представителями Вашей профессии, но и усваивать материал, изложенный в этой книге и других изданиях по профильной тематике. Часть нужных нам терминов мы уже рассмотрели в предыдущих разделах, о некоторых поговорим позже. Лучше разобраться с рассматриваемой темой поможет рис. 4.1.


Поршень, движущийся в цилиндре, проходит расстояние равное расстоянию между верхней и нижней мёртвыми точками. Это расстояние называется ходом поршня. Двигатели, у которых ход поршня меньше его диаметра, носят название короткоходных. За один ход поршня кривошип КВ проходит расстояние равное двум его радиусам, т.е. совершает полуоборот (180°)
Объем цилиндра, заключённый между крайними положениями поршня в цилиндре (между мёртвыми точками) называют рабочим объёмом цилиндра (Vр). Сумма рабочих объёмов всех цилиндров двигателя, равняется рабочему объёму двигателя, называемому также — литражом двигателя. Сумма рабочего объёма цилиндра (Vр) и объёма камеры сгорания (Vксг) равняется полному объёму (Vп).
Литраж двигателя (рабочий объём) указывается в технической характеристике автомобиля. Сравнивая рабочие характеристики двигателей различных автомобилей можно заметить, что чем больше литраж двигателя, тем выше его мощность и удельный расход топлива (при условии равенства прочих конструкционных особенностей сравниваемых двигателей).
Камерой сгорания называют объём цилиндра над поршнем, при положении поршня в верхней мёртвой точке. Топливно-воздушная смесь в цилиндре сжимается поршнем как раз до этого объёма и сгорает в этом объёме после воспламенения. Отношение объёма смеси, поступившей в цилиндр на такте впуска, к объёму смеси, сжатой до объёма камеры сгорания при такте сжатия, называют степенью сжатия двигателя. Степень сжатия показывает, во сколько раз в цилиндре сжимается смесь и определяется по формуле n = Vп/Vксг.
Степень сжатия современных бензиновых двигателей лежит в пределах 8 – 12, дизельных – в среднем 18 – 22. От степени сжатия во многом зависит топливная экономичность и мощностные характеристики двигателя. Степени сжатия двигателей ограничиваются, у бензиновых двигателей – свойством применяемого топлива (бензина), у дизельных – конструктивными особенностями применяемых материалов, из которых изготавливаются детали двигателя и которые с повышением степени сжатия «обязаны» выдерживать большие нагрузки.

На работающем двигателе, при движении поршня к нижней мёртвой точке силы, действующие на поршень, прижимают его к правой стенке цилиндра, а при движении к верхней мёртвой точке, к левой. При переходе поршня через мёртвые точки происходит изменение опоры поршня (перекладка поршня) с одной стенки цилиндра на другую.
Изменение направления действия сил в цилиндре приводит к неравномерному износу цилиндра (под овал и под конус с образованием износного уступа в верхней части цилиндра). Неравномерный износ цилиндра следует учитывать при его измерениях и последующем ремонте.
Давление, создаваемое поршнем в цилиндре в конце такта сжатия называется компрессией. Величина компрессии зависит от степени сжатия двигателя и состояния деталей цилиндропоршневой группы и клапанов. И если степень сжатия задаётся конструкцией двигателя, то состояние деталей ЦПГ и клапанов может существенно меняться в процессе эксплуатации, (детали изнашиваются, зазоры между ними увеличиваются). Измеряя компрессию в цилиндрах двигателя, мы косвенно, но достаточно уверенно можем судить о степени изношенности соответствующих деталей или об их неисправности. Диагностика двигателя методом измерения компрессии в цилиндрах широко применяется на практике.
Фазы газораспределения. Данным термином «обзывают» моменты открытия и закрытия клапанов, выраженные в углах поворота коленчатого вала относительно мёртвых точек.

4.1 Рабочий цикл четырёхтактного бензинового двигателя.

Рабочий цикл четырёхтактного бензинового двигателя состоит из тактов впуска, сжатия, расширения, и выпуска (рис. 4.1).


Такт впуска. При такте впуска поршень в цилиндре перемещается от в.м.т. до н.м.т. Коленчатый вал поворачивается под действием стартера (если производится запуск двигателя) или по инерции от маховика и/или крутящего момента, создаваемого поршнями других цилиндров (если двигатель работает). Впускные клапаны при такте впуска открыты, выпускные закрыты. За счёт разрежения, создаваемого движущимся поршнем, топливно-воздушная смесь из впускного трубопровода через открытые впускные клапаны поступает в цилиндр. Разрежение в цилиндре на такте впуска может достигать 0,07 МПа.
Разряжение в 0,07 МПа является существенной величиной и определяет чувствительность двигателя к негерметичности соединений, через которые в цилиндр поступает «лишний» воздух. «Лишний» воздух обедняет рабочую смесь, что приводит к неустойчивой работе двигателя, особенно на режиме холостого хода.
Температура в цилиндре к концу такта впуска опускается до 130 – 100°С. Клапаны, стенки камеры сгорания и стенки цилиндров, поршни и другие детали ЦПГ охлаждаются новой порцией смеси, заполняющей цилиндр.
Пройдя нижнюю мёртвую точку, поршень начинает движение к верхней мёртвой точке при такте сжатия.
Такт сжатия. Поршень движется к в.м.т., но сжатие смеси начинается не тогда когда поршень начинает движение «вверх» а спустя некоторое время после этого, когда закроется впускной клапан.
Время открытия и закрытия как впускных, так и выпускных клапанов, как правило, не совпадает с моментом прихода поршня в мёртвую точку. Открытие клапанов происходит раньше этого момента, а закрытие позже, что необходимо для более полного наполнения цилиндров свежей порцией горючей смеси и для лучшей очистки цилиндров от отработавших газов. Время открытия и закрытия клапанов удобно выражать в углах поворота коленчатого вала, так как угол поворота проще измерить и проконтролировать. В этом случае говорят об углах опережения открытия и углах запаздывания закрытия клапанов относительно мёртвых точек.
При сжатии рабочей смеси в цилиндре растёт давление и температура, которые достигают максимума при приближении поршня к в.м.т. (8 –14 кгс/см 2 и 400 — 500°С, соответственно). В конце такта сжатия (поршень не доходит до в.м.т. на 1 — 30° по углу поворота КВ) смесь в цилиндре воспламеняется от электрической искры и сгорает. Температура горения топливной смеси бензиновых двигателей может достигать 2800°С. Под воздействием температуры давление газов в цилиндре возрастает до 30 – 70 кгс/см 2 и поршень начинает движение к н.м.т., совершая полезную работу, т.е. через шатун вращает коленчатый вал двигателя.
Воспламенение (зажигание) рабочей смеси в камере сгорания происходит раньше прихода поршня в в.м.т. Такое зажигание называется ранним зажиганием.


При дальнейшем вращении КВ, рассмотренные нами такты будут чередоваться в той же последовательности.
Как мы видим, протекание того или иного такта в цилиндре двигателя зависит от положения клапанов (открыты или закрыты) и направления движения поршня. Например, такт впуска возможен, если поршень движется вниз, впускные клапаны открыты, а выпускные закрыты. За своевременное открытие – закрытие клапанов «отвечает» распределительный вал, за направление движения поршней – коленчатый вал. Для обеспечения рабочего цикла двигателя работа кривошипно-шатунного и газораспределительного механизмов должна быть синхронизирована. «Синхронизация» обеспечивается установкой коленчатого и распределительного валов в «стартовую позицию» по специальным меткам, выбитым на шкивах валов и корпусных деталях двигателя и получившим название — «метки фаз газораспределения». Если метки фаз газораспределения, по каким либо причинам не совпадают (например, при сборке двигателя механик не обеспечил правильную установку валов) двигатель будет работать неустойчиво или попросту не заведётся. В худшем случае может произойти поломка двигателя из-за «встречи» (столкновения) клапана и поршня. Типовое расположение меток на шкивах коленчатых и распределительных валов показано на рис. 4.3.

Читать еще:  Двигатель бмв 1200 характеристики

4.2 Рабочий цикл четырёхтактного дизельного двигателя.

Конструкции двигателей с искровым зажиганием (двигателей Отто) и дизельных двигателей различаются в основном устройством систем питания, типами камер сгорания и материалами, применяемыми для изготовления деталей. Рабочий цикл дизельного двигателя, как и бензинового осуществляется за четыре хода поршня и два оборота КВ, но процессы протекающие в цилиндрах не полностью идентичны. Основные отличия в работе дизельных двигателей, рассматриваются ниже.
Такт впуска. При такте впуска в цилиндры дизельного двигателя поступает атмосферный воздух, прошедший через воздухоочиститель.
Такт сжатия. При такте сжатия, движущийся вверх поршень, сжимает поступивший в цилиндр воздух до объёма камеры сгорания. Вследствие больших чем у бензиновых двигателей степеней сжатия, температура и давление в конце такта у дизелей так же больше и составляет 700 — 900°С и 40 – 50 кгс/см 2 соответственно.
Степень сжатия дизельных двигателей не ограничивается свойством топлива. В цилиндре дизеля при такте сжатия сжимается воздух, который, в отличие от топливно-воздушной смеси бензинового двигателя, не склонен к детонации. Именно это и позволяет применять в дизелях вдвое большую степень сжатия, обуславливающую их высокую экономичность.
Незадолго до прихода поршня в В.М.Т. (за 5-15° по углу поворота КВ) в камеру сгорания через форсунку впрыскивается мелко распылённое дизельное топливо, которое испаряется и перемешивается с раскалённым до высокой температуры воздухом. Образовавшаяся топливно-воздушная смесь самовоспламеняется и сгорает.
Такт расширения и такт выпуска. Процессы, протекающие в цилиндрах дизельного двигателя на этих тактах, практически ни чем не отличаются от процессов, рассмотренных ранее на примере бензинового двигателя.

4.3 Работа четырёхтактных многоцилиндровых двигателей.

В многоцилиндровых двигателях рабочий цикл в каждом из его цилиндров протекает за два оборота кривошипа коленчатого вала и четыре хода поршня, т.е. абсолютно так же, как и в одноцилиндровом двигателе, на примере которого мы рассматривали четырёхтактный рабочий цикл. Последовательность чередования тактов в цилиндрах таких двигателей, называемыйпорядком работы двигателя, будет зависеть от конструкции распределительного и коленчатого валов. Возможный порядок работы многоцилиндровых двигателей с различной компоновкой цилиндров и конструкцией валов, приведены табл. 3.1.
Знание порядка работы цилиндров двигателя необходимо для успешного проведения ремонтных и регулировочных работ.

Принцип работы ДВС. Рабочие циклы двигателя внутреннего сгорания.

Рассмотрим принцип устройства и работы двигателя внутреннего сгорания, а также его рабочие циклы.

Рабочий цикл четырехтактного бензинового двигателя

1 2 3 4

Рабочий цикл двигателя — ряд последовательных процессов, протекающих в каждом цилиндре двигателя и обусловливающих превращение тепловой энергии в механическую работу. Автомобильные двигатели работают, по четырехтактному циклу, который совершается за два оборота коленчатого вала или четыре хода поршня. Состоит из: такта впуска, сжатия, расширения (рабочего хода) и выпуска. Если рабочий цикл совершается за два хода поршня, т.е. за один оборот коленчатого вала, то такой двигатель называется двухтактным.
Принцип работы ДВС

Крайние положения поршня, при которых он наиболее удален от оси коленчатого вала или приближен к ней, называются верхней и нижней «мертвыми» точками (ВМТ и НМТ).

  • Впуск. Коленчатый вал двигателя делает первый полуоборот, поршень перемещается от ВМТ к НМТ, впускной клапан открыт, выпускной клапан закрыт. В цилиндре создается разряжение, вследствие чего свежий заряд горючей смеси, состоящий из паров бензина и воздуха, засасывается через впускной газопровод в цилиндр и, смешиваясь с остаточными отработавшими газами, образует рабочую смесь.
  • Сжатие. После заполнения цилиндра горючей смесью при дальнейшем вращении коленчатого вала (второй полуоборот) поршень перемещается от НМТ к ВМТ при закрытых клапанах. По мере уменьшения объема температура и давление рабочей смеси повышаются.
  • Расширение или рабочий ход. В конце такта сжатия рабочая смесь воспламеняется от электрической искры и быстро сгорает, вследствие чего температура и давление образующихся газов резко возрастает, поршень при этом перемещается от ВМТ к НМТ. В процессе такта расширения шарнирно связанный с поршнем шатун совершает сложное движение и через кривошип приводит во вращение коленчатый вал. При расширении газы совершают полезную работу, поэтому ход поршня при третьем полуобороте коленчатого вала называют рабочим ходом. В конце рабочего хода поршня, при нахождении его около НМТ открывается выпускной клапан, давление в цилиндре снижается до 0.3 — 0.75 МПа, а температура до 950 — 1200оС.
  • Выпуск. При четвертом полуобороте коленчатого вала поршень перемещается от НМТ к ВМТ. При этом выпускной клапан открыт, и продукты сгорания выталкиваются из цилиндра в атмосферу через выпускной газопровод.

Рабочий цикл четырехтактного дизеля

В отличие от бензинового двигателя, при такте «впуск» в цилиндры дизеля поступает чистый воздух. Во время такта «сжатие» воздух нагревается до 600оС. В конце этого такта в цилиндр впрыскивается определенная порция топлива, которое самовоспламеняется.

  • Впуск. При движении поршня от ВМТ к НМТ вследствие образующегося разряжения из воздушного фильтра в цилиндр через открытый впускной клапан поступает атмосферный воздух. Давление воздуха в цилиндре составляет 0.08 — 0.095 МПа, а температура 40 — 60°С.
  • Сжатие. Поршень движется от НМТ к ВМТ; впускной и выпускной клапаны закрыты, вследствие этого перемещающийся вверх поршень сжимает поступивший воздух. Для воспламенения топлива необходимо, чтобы температура сжатого воздуха была выше температуры самовоспламенения топлива. При ходе поршня к ВМТ цилиндр через форсунку впрыскивается дизельное топливо, подаваемое топливным насосом.
  • Расширение или рабочий ход. Впрыснутое в конце такта сжатия топливо, перемешиваясь с нагретым воздухом, воспламеняется, и начинается процесс сгорания, характеризующийся быстрым повышением температуры и давления. При этом максимальное давление газов достигает 6 — 9 МПа, а температура 1800 — 2000°С. Под действием давления газов поршень перемещается от ВМТ в НМТ — происходит рабочий ход. Около НМТ давление снижается до 0.3 — 0.5 МПа, а температура до 700 — 900оС.
  • Выпуск. Поршень перемещается от НМТ в ВМТ и через открытый выпускной клапан отработавшие газы выталкиваются из цилиндра. Давление газов снижается до 0.11 — 0.12 МПа, а температура до 500-700оС. После окончания такта выпуска при дальнейшем вращении коленчатого вала рабочий цикл повторяется в той же последовательности.

Принцип работы многоцилиндровых двигателей

На автомобилях устанавливают многоцилиндровые двигатели. Чтобы многоцилиндровый двигатель работал равномерно, такты расширения должны следовать через равные углы поворота коленчатого вала (т. е. через равные промежутки времени).
Последовательность чередования одноименных тактов в цилиндрах называют порядком работы двигателя. Порядок работы большинства четырехцилиндровых двигателей 1-3-4-2 или 1-2-4-3. Это означает, что после рабочего хода в первом цилиндре следующий рабочий ход происходит в третьем, затем в четвертом и, наконец, во втором цилиндре. Определенная последовательность соблюдается и в других многоцилиндровых двигателях.


Диаграмма работы двигателя по схеме 1-2-4-3

Многоцилиндровые двигатели бывают рядными и V-образными. В рядных двигателях цилиндры расположены вертикально, а в V-образных — под углом. Последние характеризуются меньшей габаритной длиной по сравнению с первыми. Современные восьмицилиндровые двигатели выполняют двухрядными с V-образным расположением цилиндров.

В цилиндре двигателя внутреннего сгорания давление в конце такта сжатия

Пособие для водителей катеров, яхт, лодок, судов, водного транспорта

22.05.2015 22:10
дата обновления страницы

История изменения сайта

Принцип работы четырехтактного двигателя внутреннего сгорания .

Четырехтактный двигатель (рис. 39,4) имеет следующие механизмы и системы: кривошипно-шатунный механизм, механизм газораспределения, систему смазки, систему охлаждения, систему питания и двигатели легкого топлива, систему зажигания.

Кривошипно-шатунный механизм преобразует прямолинейное (возвратно-поступательное) движение поршня во вращательное движение коленчатого вала. В кривошипно-шатунный механизм входят следующие детали: цилиндр с головкой, поршень с поршневыми кольцами, поршневой палец, шатун, коленчатый вал, картер двигателя, маховик.

Механизм газораспределения служит для впуска в камеру цилиндра горючей смеси и выпуска из нее отработавших газов. В распределительный механизм входят два клапана, расположенных в верхней части цилиндра, направляющая втулка клапана, пружина клапана, упорная шайба, распределительный вал с шестеренчатым или цепным приводом, детали передачи от распределительного вала к клапанам.

Читать еще:  Ваз 2123 двигатель заводится и сразу глохнет

Система смазки обеспечивает подачу масла к трущимся деталям двигателя, чем уменьшает их износ и силу трения, а также охлаждает трущиеся поверхности деталей и выносит продукты износа. В систему смазки входят следующие детали: масляный резервуар, масляный насос, масляные фильтры тонкой и грубой очистки, маслоохладители, маслопроводы и редукционные клапаны.

Сумма всех рабочих объемов цилиндров двигателя есть рабочий объем, или литраж, двигателя.

Система охлаждения отнимает излишнее тепло от стенок Цилиндра и поршня, сильно нагревающихся при работе двигателя.

Рис. 39. А — Схема одноцилиндрового четырехтактного двигателя: 1-Шестерни распределения; 2- Распределительный вал; 3-Толкатели; 4 — Карбюратор; 5-Впускная труба; 6- Выпускная труба; 7-Впускной клапан; в -Выпускной клапан; 9-Запальная свеча; 10- Цилиндр; II-Головка цилиндра; 12- Поршень; 13- Поршневом палец; 14-Шатун; 15- Водяной насос; 16- Верхняя часть картера; 17-Маховик; 18-Коленчатый вал; 19-Маслопровод; 20- Нижняя половина картера (поддон); 21-Масляный насос;

Рис. 39. Б — рабочий процесс 4-тактного двигателя

Система питания приготовляет рабочую смесь одного и того же состава на всех режимах работы двигателя. Система зажигания своевременно воспламеняет рабочую смесь в цилиндре при помощи электрической искры.

Рабочий цикл четырехтактного двигателя (рис. 39,Б) слагается из последовательно повторяющихся процессов. В замкнутое пространство камеры цилиндра при движении поршня вниз засасывается рабочая смесь, состоящая из паров бензина и воздуха,- 1-й такт. При движении поршня вверх смесь уплотняется (сжимается)-2-й такт, далее смесь воспламеняется и сгорает; образуется высокая температура и большое давление, под влиянием которого поршень движется вниз и через шатун вращает коленчатый вал — 3-й такт. Оставшиеся в цилиндре отработавшие газы при последующем движении поршня снизу вверх выталкиваются из камеры цилиндра в атмосферу — 4-й такт. Затем весь процесс многократно повторяется, обеспечивая непрерывную работу двигателя.

Рис. 40. Основные положения поршня (а) и определение объемов цилиндра (б)

Крайнее верхнее положение поршня называется верхней мертвой точкой (ВМТ), крайнее нижнее положение поршня — нижней мертвой точкой (НМТ). «Моментом мертвой точки» называется такое положение поршня, при котором шатун и колено вала вытянуты по одной прямой линии (рис. 40,а). Расстояние от ВМТ до НМТ принято называть ходом поршня. Процесс, происходящий в цилиндре за один ход поршня, называется тактом. При нахождении поршня в ВМТ объем становится минимальным и называется объемом камеры сжатия. Объем, описываемый поршнем во время его хода, называется рабочим объемом цилиндра (рис. 40,6). Сумма рабочего объема цилиндра и объем камеры сжатия есть полный объем цилиндра.
Отношение полного объема цилиндра к объему камеры сжатия есть степень сжатия (рис. 40,6)*. Степень сжатия показывает, во сколько раз сжимается засосанная поршнем в цилиндр рабочая смесь. Повышение степени сжатия повышает мощность и приводит к более экономичной работе двигателя. В карбюраторных двигателях степень сжатия рабочей смеси колеблется в пределах от 5,0 до 9,0.

Во время такта впуска камера цилиндра заполняется горючей смесью (см. рис. 39,5 — /). Поршень движется от ВМТ к НМТ; благодаря увеличению объема над поршнем создается разрежение; в это время кулачок распределительного вала поднимает впускной клапан, соединяя камеру цилиндра через впускной трубопровод с карбюратором. Под влиянием разрежения горючая смесь начинает поступать в цилиндр до момента закрытия впускного клапана. Поступившая в цилиндр горючая смесь смешивается в цилиндре с остатками отработавших газов, оставшихся от предыдущего цикла; получившаяся смесь называется рабочей смесью. Степень наполнения цилиндра определяется коэффициентом наполнения, который представляет собой отношение веса фактически засосанной в цилиндр смеси к весу смеси в объеме, равном рабочему объему цилиндра. Для современных бескомпрессорных двигателей коэффициент наполнения колеблется от 0,75 до 0,85 из-за наличия сопротивления в трубопроводах, ограниченного диаметра впускных отверстий и других причин. Давление в конце такта впуска равно примерно 0,7-0,8 кг/см2. Температура рабочей смеси в цилиндре колеблется от 90 до 130°.

Во время такта сжатия поршень идет от НМТ к ВМТ, т. е. движется вверх (рис. 39 5- 11 ). Оба клапана закрыты, объем под поршнем уменьшается, рабочая смесь сжимается. Чем больше степень сжатия, тем сильнее сжимается рабочая смесь и тем выше давление газов на поршень при сгорании. Чрезмерно высокая степень сжатия может привести к детонационному самовоспламенению рабочей смеси и нарушению протекания нормального ее сгорания в цилиндре двигателя; это приводит к резкому повышению давления газов в цилиндре и стукам двигателя, а несвоевременное ее воспламенение — к снижению мощности и перегреву двигателя. При высоких степенях сжатия в двигателях применяется топливо, обладающее хорошими антидетонационными свойствами (с большим октановым числом). Давление смеси в конце такта сжатия достигает 7-9 кг/см’2, а температура — около 300°.

При рабочем ходе (рис. 39,Б- III ) поршень под влиянием давления, развившегося в цилиндре при сгорании рабочей смеси, движется от ВМТ к НМТ. В конце такта сжатия, когда поршень находится в ВМТ, в цилиндр на свечу подается высокое напряжение, между ее контактами проскакивает искра, поджигающая рабочую смесь. Оба клапана при этом такте закрыты. Смесь сгорает очень быстро, выделяя большое количество тепла, что приводит к сильному расширению газов и появлению высокого давления в цилиндре порядка 30-40 кг/см2. Затем поршень с большой силой перемещается к НМТ и через шатун вращает коленчатый вал.

Температура газов в цилиндре в начале рабочего хода равна 1800-2000°. В конце рабочего хода давление в цилиндре падает до 3-4 кг/см1’2, а температура снижается до 1100- 800°.

Такт выпуска (рис. 39,Б-IV) предназначен для очищения камеры цилиндра от отработавших газов. Очистка цилиндра происходит за счет энергии, полученной маховиком при такте рабочего хода. Поршень двигается от НМТ к ВМТ, кулачок распределительного вала в этот момент открывает выпускной клапан, и отработавшие газы выталкиваются в атмосферу. Пол: ностью удалить из цилиндра отработавшие газы невозможно. Давление при такте выпуска в цилиндре колеблется от 1Д до 1,3 кг/см2, температура газов равна 700-800°.

Рабочий цикл четырехтактного дизеля состоит из тех же четырех тактов, что и у карбюраторного двигателя, т. е. из впуска, сжатия, рабочего хода и выпуска. Рабочий процесс дизеля показан на рис. 41.

При такте впуска поршень движется от ВМТ к НМТ. Впуск: ной клапан открыт, и в цилиндр засасывается чистый воздух. Процесс в дизеле отличается от процесса в карбюраторном двигателе, где во время такта впуска в цилиндр засасывается готовая горючая смесь.

При такте сжатия поршень движется от НМТ к ВМТ и оба клапана закрыты. Воздух в цилиндре сжимается в 14-18 раз, т. е. степень сжатия составляет в дизеле 14-18. Давление в цилиндре в конце такта сжатия возрастает до 34-38 кг/см2, а температура сжатого воздуха достигает 600-700° С. Высокая температура воздуха в конце такта сжатия допустима, так как сжимается только воздух и опасность возникновения детонационного сгорания смеси отсутствует. Высокая степень сжатия дизелей обеспечивает их главное преимущество, заключающееся в высокой экономичности и повышении КПД до 35-40% использования тепловой энергии топлива.

Рис. 41. Рабочий цикл четырехтактного дизеля: 1-форсунка; 2-топливный насос

В конце такта сжатия, когда поршень находится около ВМТ, в цилиндр дизеля из форсунки под очень большим давлением вспрыскивается топливо, мелко распыленные частицы которого, соприкасаясь с воздухом, нагретым до 600-700°, быстро сгорают, выделяя при этом большое количество тепла. Температура сгорания смеси около 1800-2000°, давление порядка 50- 60 кг/см2 и выше. Под влиянием давления поршень движется от ВМТ к НМТ. Оба клапана при этом закрыты.

При такте выпуска поршень движется от НМТ к ВМТ, выпускной клапан открыт; своим движением поршень через открытое отверстие выпуска выталкивает в атмосферу отработавшие газы из цилиндра.

В четырехтактном двигателе впуск, сжатие и выпуск являются подготовительными тактами к совершению рабочего процесса. Для совершения этих тактов к коленчатому валу надо приложить вращающее усилие двигателя извне. Для выполнения подготовительных тактов на коленчатом валу двигателя устанавливается маховик (рис. 39,а, 17). Маховик представляет собой тяжелый чугунный диск, который, имея значительный вес, накапливает энергию, достаточную для того, чтобы вращать коленчатый вал двигателя и перемещать поршень в цилиндре двигателя во время подготовительных тактов, т. е. за полтора оборота во время рабочего цикла. Наличие маховика на коленчатом валу двигателя приводит к равномерному вращению коленчатого вала и способствует переводу поршней через положения мертвых точек. В одноцилиндровом двигателе в момент вспышки рабочей смеси в цилиндре на картер двигателя передаются сильные толчки и коленчатый вал, несмотря на наличие маховика, вращается неравномерно. Чтобы избежать этого и получить равномерную работу двигателя, его делают многоцилиндровым.

Средства для чистки катеров

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector