Рабочий ход поршня и холостой ход двигателя

Работа двигателя внутреннего сгорания может быть представлена в виде систематически повторяющихся процессов, которые принято называть рабочими циклами. Рабочим циклом двигателя называется ряд последовательных, периодических повторяющихся процессов в цилиндрах, в результате которых тепловая энергия топлива преобразуется в механическую работу. При этом каждый полный рабочий цикл может быть разделен на одинаковые (повторяющиеся) части – такты.

Часть цикла работы двигателя, которая происходит во время движения поршня от одной крайней точки до другой, называется тактом. Двигатели, в которых цикл работы завершается за четыре хода поршня (два оборота коленчатого вала), называются четырехтактными. В верхней части блока цилиндров, над камерой сгорания, устанавливаются впускной и выпускной клапаны, которые управляются газораспределительным механизмом, а также свеча зажигания.

Рабочий ход карбюраторного четырехтактного двигателя включает в себя последовательные такты: впуск, сжатие, расширение и выпуск.

Такт впуска

При запуске двигателя поршень двигается от верхней мертвой точки к нижней мертвой точке под воздействием вращения коленчатого вала. В это время впускной клапан открыт, а выпускной закрыт, что создает вакуум в цилиндре. Горючая смесь из карбюратора всасывается в цилиндр через открытый впускной клапан из-за разности давлений.

При работающем двигателе горючая смесь из карбюратора попадает в цилиндр, где смешивается с остаточными продуктами сгорания предыдущего цикла, образуя рабочую смесь. При контакте с нагретыми деталями цилиндра и смешивании с остаточными продуктами сгорания, рабочая смесь нагревается до температуры 75…125 ˚С.

Рабочий ход поршня — это фаза работы двигателя, когда поршень движется от верхней мертвой точки к нижней, сжимая топливо-воздушную смесь.

Сжатие внутреннего сгорания

При приближении поршня к верхней мертвой точке впускной клапан закрывается. Затем поршень начинает двигаться вверх, сжимая смесь воздуха, топлива и остаточных продуктов сгорания, оставшихся в цилиндре после выпуска. При этом увеличивается давление из-за уменьшения объема цилиндра при закрытых клапанах, что приводит к повышению температуры смеси. В конце такта сжатия давление в цилиндре достигает 0,91,5 МПа, а температура смеси возрастает до 270-480 ˚С. В это время высокое напряжение подается к электродам свечи зажигания, вызывая искровой разряд, который воспламеняет и сжигает рабочую смесь. В процессе сгорания топлива выделяется большое количество теплоты, повышая температуру газов до 2200-2500 ˚С и давление в цилиндре до 3,04,5 МПа. Газы начинают расширяться, двигая поршень вниз к нижней мертвой точке.

Расширение такта в двигателе

Поршень двигается от верхней мертвой точки к нижней мертвой точке под давлением расширяющихся газов в цилиндре двигателя. В этот момент происходит преобразование тепловой энергии в полезную работу, что делает этот ход поршня рабочим. При этом объем цилиндра увеличивается, давление уменьшается до 0,3-0,4 МПа, а температура газов снижается до 900-1200 ˚C.

Холостой ход двигателя — это режим работы двигателя без нагрузки, когда поршень движется вверх и вниз без выполнения работы.

Работа выпускного клапана

При приближении поршня к верхней мертвой точке открывается выпускной клапан 6, что приводит к выбросу продуктов сгорания из цилиндра. При дальнейшем вращении коленчатого вала поршень начинает двигаться от верхней мертвой точки к нижней. Он выталкивает отработавшие газы через открытый выпускной клапан, выпускной канал 7 и выпускную трубу в окружающую среду. К концу такта выпуска давление в цилиндре составляет 0,110,12 МПа, а температура – 600900 ˚С.

Читайте также:  Обзор производителей и цен на герметики для ремонта шин.

При приближении поршня к верхней мертвой точке выпускной клапан закрывается, а впускной открывается, начинается такт впуска, и начинается новый рабочий цикл.

Функционирование четырехтактного дизельного двигателя

Смешивание воздуха, топлива и остаточных продуктов сгорания в дизельном двигателе происходит внутри цилиндра, что определяет основные различия между различными тактами, составляющими рабочий цикл.

При высокой степени сжатия воздух, поступающий через впускной клапан в цилиндр, смешивается с остаточными газами и нагревается до высоких температур. В это время в цилиндр подается топливо, которое воспламеняется и начинает гореть.

Рабочие процессы в дизельном двигателе происходят в определенной последовательности, как показано на рисунке 2.

Во время рабочего хода поршня происходит сжатие топливо-воздушной смеси, ее воспламенение и расширение, что приводит к движению поршня и созданию мощности.

Работа впускающего клапана

Во время впуска поршень двигается от верхней мертвой точки к нижней мертвой точке. В это время впускной клапан открыт, а выпускной закрыт. В результате разницы давлений в цилиндре и окружающей среде в конце такта впуска создается разрежение 0,08…0,09 МПа, при этом температура внутри цилиндра не превышает 4070 ˚С.

Рабочий ход поршня — это фаза работы двигателя, когда поршень движется от верхней мертвой точки к нижней, сжимая топливо-воздушную смесь.

Сжатие внутреннего сгорания

Во время сжатия в процессе такта оба клапана остаются закрытыми. Поршень 2 движется от нижней мертвой точки к верхней мертвой точке, сжимая смесь воздуха и отработавших газов. Давление в конце такта сжатия достигает 36 МПа, а температура составляет 450-650 ˚С (превышает температуру самовоспламенения топлива).

При приближении поршня к верхней мертвой точке, жидкое топливо распыляется в цилиндр через форсунку 3. Топливо подается к форсунке высокого давления топливным насосом 1 (ТНВД) через трубку высокого давления. Форсунка обеспечивает тонкое распыление топлива в сжатом воздухе, после чего оно самовоспламеняется и сгорает. Это приводит к повышению температуры в цилиндре до 1600-1900 °C и давления до 69 МПа.

Холостой ход двигателя используется для поддержания работы двигателя на холодную, а также для обеспечения стабильной работы системы питания и охлаждения.

Движение поршня в процессе работы двигателя

В конце такта сжатия, когда поршень приближается к ВМТ, оба клапана закрыты. После впрыска топлива происходит самовоспламенение рабочей смеси, и она сгорает, заставляя поршень 2 быстро двигаться от ВМТ к НМТ под давлением расширяющихся газов. При этом поршень через шатун воздействует на коленчатый вал, выполняя полезную работу. Топливо, которое не успело сгореть в конце такта сжатия, догорает в начале такта расширения. К концу рабочего хода давление газов уменьшается до 0,20,4 МПа, а температура снижается до 700900 ˚С.

Холостой ход двигателя — это режим работы двигателя без нагрузки, когда поршень движется вверх и вниз без выполнения работы.

Работа выпускного клапана

При приближении к нижней мертвой точке (НМТ) выпускной клапан 6 открывается, и большая часть отработавших газов под действием высокого давления выбрасывается из цилиндра в атмосферу. Поршень начинает двигаться от НМТ к верхней мертвой точке (ВМТ) и через открытый выпускной клапан выдавливает оставшиеся в цилиндре отработавшие газы в окружающую среду. К концу такта давление газов в цилиндре составляет 0,110,12 МПа, а температура – 600…700 ˚С. Затем происходит повторение рабочего цикла.

Читайте также:  Как установить круиз-контроль на автомобиль своими руками

Функционирование двигателя в двух тактах

В двигателях внутреннего сгорания с двумя тактами рабочий процесс происходит за один оборот коленчатого вала. Схема двухтактного дизеля изображена на рисунке 3. Воздух подается в цилиндр через впускное (продувочное) окно 4 с помощью насоса 3. В нижней части цилиндра находится выпускное окно 7. Форсунки 6 установлены в головке 5 блока цилиндра.

Рабочий процесс в двухтактном карбюраторном двигателе аналогичен рабочему процессу в двухтактном дизеле. Основное различие заключается в том, что в цилиндр поступает не только воздух, а смесь топлива и воздуха, и в конце сжатия в цилиндре происходит зажигание смеси при помощи свечи зажигания, что приводит к воспламенению топливной смеси.

Двухтактный двигатель имеет преимущество перед четырехтактным в том, что каждый рабочий ход происходит за один оборот коленчатого вала, а не за два. Это позволяет уменьшить количество паразитических процессов и повысить коэффициент полезного действия (КПД). В четырехтактном двигателе за два оборота коленчатого вала происходят четыре такта, из которых только один является рабочим, а остальные три — паразитическими. Поэтому можно предположить, что КПД четырехтактного двигателя должен быть ниже, чем у двухтактного.

Двухтактные двигатели имеют свои недостатки, такие как невысокая экономичность топлива и более короткий срок службы по сравнению с четырехтактными двигателями. Это объясняется тем, что при продувке цилиндра свежая горючая смесь частично удаляется вместе с отработавшими газами из-за одновременного выпуска и впуска газов. Из-за этих недостатков и более высокой токсичности отработавших газов двухтактные двигатели ограничены в применении на автомобилях.

Обучение на расстоянии

Рабочий ход поршня: определение и принцип работы

Рабочий ход (или рабочий такт) — это фаза работы поршня внутреннего сгорания двигателя или паровой машины. Во время рабочего хода поршень двигается внутри цилиндра, расширяя сгоревшие газы или пар, что приводит к преобразованию энергии. В двигателях внутреннего сгорания рабочий ход происходит в результате сжигания топлива, а затем расширения газов, что создает движущую силу. В паровых машинах рабочий ход происходит при наполнении цилиндра паром и последующем его расширении.

  • Рабочий ход в двигателях внутреннего сгорания:
    • Происходит в результате сжигания топлива
    • Расширение сгоревших газов создает движущую силу
  • Рабочий ход в паровых машинах:
    • Происходит при наполнении цилиндра паром
    • Последующее расширение пара также создает движущую силу
Читайте также:  Игольчатый клапан карбюратора: всё, что вам нужно знать для диагностики и замены своими руками

Принцип работы двигателя на холостом ходу

Расход топлива и воздуха всегда связаны. На холостом ходу заслонка дросселя всегда закрыта и воздух в камеру сгорания попадает только сквозь регуляторы добавочного воздуха, и двигатель получает столько, сколько ему надо, чтобы не заглохнуть при холостом ходе и продолжить крутить плавно обороты.

При работе двигателя важно понимать, как воздух и топливо влияют на его функционирование. Воздух необходим для сгорания топлива в камере сгорания, и их соотношение должно быть оптимальным для эффективной работы двигателя. Регуляторы добавочного воздуха контролируют количество воздуха, поступающего в камеру сгорания, чтобы обеспечить стабильную работу двигателя.

При холостом ходе заслонка дросселя закрыта, и двигатель получает минимальное количество воздуха, необходимое для поддержания плавных оборотов. Это позволяет избежать заглохания двигателя и обеспечивает его стабильную работу в состоянии покоя.

Важно следить за состоянием системы подачи воздуха и топлива, чтобы обеспечить оптимальную производительность двигателя и снизить расход топлива. Регулярная проверка и обслуживание этих систем помогут поддерживать двигатель в хорошем состоянии и продлевать его срок службы.

Место, где происходит движение поршня в двигателе

При втором обороте коленчатого вала происходит рабочий ход, который включает в себя впуск и выпуск. Во время впуска поршень движется вниз, создавая подсос воздушно-топливной смеси в цилиндр. Затем сжатие этой смеси происходит при движении поршня вверх. После этого происходит зажигание смеси, что приводит к сгоранию топлива и расширению газов, выталкивающих поршень вниз и создающих механическую работу.

Этот процесс является основой работы внутреннего сгорания в двигателях внутреннего сгорания, таких как автомобильные двигатели. Важно правильно настраивать время впуска и выпуска, чтобы обеспечить оптимальную производительность двигателя. Также необходимо обеспечить правильное сжатие смеси и эффективное сгорание топлива для получения максимальной мощности и экономии топлива.

При обслуживании двигателя важно следить за состоянием системы впуска и выпуска, чтобы избежать утечек или засорений, которые могут негативно сказаться на работе двигателя. Регулярная замена фильтров и техническое обслуживание помогут поддерживать эффективность работы двигателя.

Примером использования этого принципа может служить современный автомобильный двигатель, где точное управление впуском и выпуском, а также оптимизация сжатия и сгорания топлива, позволяют достичь высокой мощности и экономичности работы.