Какие вещества входят в состав рабочей смеси автомобиля
Рабочий процесс в цилиндрах бензинового двигателя протекает очень быстро, каждый такт в двигателе, работающим с числом оборотов коленчатого вала 2000 об/мин, совершается за 0,015 сек.
Горение жидкого топлива происходит относительно медленно, а необходимо, чтобы сгорание топлива в цилиндре происходило за более короткое время, чем совершается какой-либо такт. Повысить скорость сгорания до 25-30 м/сек можно лишь при том условии, если жидкое топливо будет размельчено на мельчайшие капельки, а затем испарено. Образование мельчайших капелек достигается распыливанием и испарением топлива, а быстрое сгорание происходит благодаря тщательному перемешиванию этих паров с необходимым количеством воздуха.
Для полного сгорания топлива необходимо строго определенное количество кислорода, находящегося в воздухе. Если воздуха будет недостаточно, то все топливо сгореть не сможет, при избытке воздуха топливо сгорает все, но еще остается неиспользованная часть кислорода в воздухе.
Для полного сгорания топлива необходимо строго определенное количество кислорода, находящегося в воздухе. Если воздуха будет недостаточно, то все топливо сгореть не сможет, при избытке воздуха топливо сгорает все, но еще остается неиспользованная часть кислорода в воздухе.
Установлено, что для сгорания 1 кг топлива необходимо иметь 15 кг воздуха. Смесь такого состава носит название нормальной (стехиометрической). Однако при соотношении 1:15 полного сгорания топлива не происходит и часть его бесцельно теряется.
Для полного сгорания соотношение топлива и воздуха должно быть 1:17 – 1:18, такая смесь носит название обедненной. Вследствие избытка воздуха в обедненной смеси понижается ее теплотворная способность, что приводит к понижению скорости сгорания и снижению мощности двигателя.
Для повышения мощности двигателя смесь должна гореть с наибольшей скоростью, а это возможно при соотношении топлива и воздуха 1:13, такая смесь называется обогащенной. При таком составе смеси полного сгорания топлива не происходит и экономичность двигателя ухудшается, зато удается получить от него наибольшую мощность.
При соотношении топлива и воздуха меньше 1:13 скорость горения уменьшается, экономичность двигателя и его мощность снижается. Смесь такого состава называют богатой. Если соотношение топлива и воздуха в смеси больше 1:18, скорость ее горения также резко снижается, что также приводит к потере экономичности и мощности. Смесь такого состава называется бедной.
Когда содержание воздуха в смеси менее 6 кг на 1 кг топлива или более 20 кг на 1 кг топлива, горючая смесь в цилиндрах не воспламеняется.
В работающем двигателе обычно различают пять основных режимов: пуск холодного двигателя, работа на малых оборотах (холостой ход), работа при частичных нагрузках (средние нагрузки), работа при полных нагрузках и работа при резком увеличении нагрузки или числа оборотов. Для каждого из режимов состав смеси должен быть разным.
При пуске холодного двигателя условия смесеобразования очень плохие: двигатель холодный, большая часть топлива конденсируется на стенках цилиндров и во впускном трубопроводе, а скорость потока воздуха невелика, так как коленчатый вал двигателя проворачивается с небольшим числом оборотов. Для обеспечения пуска холодного двигателя смесь должна быть богатой с тем, чтобы возместить ту часть топлива, которая конденсируется на стенках цилиндров.
При малых оборотах холостого хода условия смесеобразования также плохие вследствие недостаточной очистки цилиндров от отработавших газов. Количество смеси при этом режиме должно быть невелико, но по качественному составу она должна быть обогащенной.
При средних нагрузках от двигателя полной мощности не требуется и для экономии топлива смесь должна быть обедненной, т.е. такой, которая полностью сгорает.
При полных нагрузках смесь должна обладать наибольшей скоростью сгорания с тем, чтобы от двигателя получить наибольшую мощность. Этим условиям удовлетворяет обогащенная смесь, но при этом двигатель работает менее экономично, чем при средних нагрузках.
При резком увеличении нагрузки или числа оборотов коленчатого вала смесь должна быть обогащенной, в противном случае двигатель остановится.
Система питания карбюраторного двигателя
Образование горючей смеси
Для приготовления горючей смеси, подачи ее в цилиндры двигателя и отвода отработавших газов предназначена система питания карбюраторного двигателя, которая состоит из четырех групп приборов.
Первая группа обеспечивает хранение, очистку и подачу бензина. К ней относятся: бензиновый бак, указатель уровня бензина, бензиновый кран, бензиновый насос, бензиновый фильтр и бензопроводы.
Воздушный фильтр и воздухопровод, представляющие собой вторую группу приборов, очищают и подают воздух.
Третья группа — это карбюратор и впускной трубопровод. В карбюраторе из бензина и воздуха приготовляется горючая смесь, а впускной трубопровод подводит ее от карбюратора к цилиндрам двигателя.
В четвертую группу приборов входят выпускной трубопровод, который отводит отработавшие газы из цилиндров двигателя, и глушитель для уменьшения шума при выпуске отработавших газов.
В современных быстроходных двигателях в каждом цилиндре происходит от 3 (на холостом ходу) до 40 (при максимальномчис-ле оборотов) вспышек в секунду. Следовательно, при максимальном числе оборотов коленчатого вала процесс сгорания продолжается не более 0,003-0,005 сек. Быстрое сгорание бензина в цилиндрах двигателя обеспечивается его предварительной’ подготовкой: распыливанием, испарением и тщательным перемешиванием с воздухом. Смесь паров и мелких капель топлива с воздухом, способная гореть в цилиндре двигателя, называется горючей смесью.
Горючая смесь приготовляется в смесительной камере карбюратора.
Поступающий из атмосферы под действием разности давлений воздух проходит через смесительную камеру с большой скоростью, которая особенно велика в месте сужения смесительной камеры — диффузоре. Бензин подводится распылителем к той части диффузора, в которой воздух движется с наибольшей скоростью. Количество поступающего бензина регулируется калиброванным отверстием — жиклером, а количество горючей смеси, поступающей в цилиндры двигателя, — дроссельной заслонкой.
В поплавковой камере карбюратора поддерживается постоянный уровень бензина; следовательно, и в распылителе при неработающем двигателе бензин находится на таком же уровне.
На процесс смесеобразования отводится очень мало времени — 0,017 — 0,17 сек
. Поэтому для лучшего испарения бензина горючую смесь подогревают, а бензин предварительно эмульсируют в распылителе.
Процесс наполнения цилиндров двигателя
При движении поршня от в. м.т. к н. м. т. цилиндр наполняется свежим зарядом горючей смеси. Этот процесс называется процессом впуска. Разрежение, которое создается в цилиндре при движении поршня, непостоянно и зависит от числа оборотов двигателя и положения дроссельной заслонки: с увеличением числа оборотов коленчатого вала разрежение в цилиндре увеличиватся; чем больше открыта дроссельная заслонка, тем меньше (разрежение в цилиндре. С прикрытием дроссельной заслонки разрежение в цилиндре увеличивается.
Весовой заряд горючей смеси, поступающей в цилиндры двигателя, зависит, таким образом, от числа оборотов коленчатого вала и величины открытия дроссельной заслонки. Но, кроме того, он зависит и от степени подогрева горючей смеси. Чем больше число оборотов коленчатого вала, чем выше подогрев горючей смеси и чем меньше открыта дроссельная заслонка, тем меньше величина весового заряда горючей смеси.
Рабочая смесь и процесс горения
В цилиндре двигателя горючая смесь смешивается с остаточными газами; такая смесь уже называется рабочей смесью. Рабочая смесь воспламеняется от электрической искры, и пламя, появившееся у электродов искровой зажигательной свечи, быстро распространяется по всей камере сгорания.
Чем больше скорость сгорания рабочей смеси, чем меньше времени она горит, тем меньше тепла отдается стенкам цилиндров и тем выше давление газов в цилиндре. Рабочая смесь успевает сгореть, когда поршень находится еще в в. м. т. Минимальные потери тепла при большой скорости сгорания смеси и высокое давление газов увеличивают мощность и экономичность двигателя.
Если в цилиндрах двигателя ГАЗ-51 при числе оборотов коленчатого вала 2800 в минуту продолжительность сгорания составляет 0,003 сек
, то давление газов равно 36
кг/см
2, усилие на поршень — 1902
кг
и двигатель развивает мощность 70
л. с
.
Горение рабочей смеси с небольшой скоростью приводит к понижению давления в цилиндре и уменьшению мощности двигателя.
Если продолжительность сгорания смеси в цилиндрах того же двигателя увеличится до 0,008 сек
, а величина опережения зажигания останется неизменной, то давление газов будет равно 12
кг/см
2, усилие на поршень — 634
кг
и мощность двигателя снизится до 23
л. с
.
Нормально смесь сгорает со скоростью 20 — 40 м/сек
. Чрезмерное увеличение скорости сгорания приводит к излишне резкому нарастанию давления в цилиндрах, в результате чего увеличивается нагрузка на детали механизмов двигателя, возрастает трение между деталями и повышается их износ, а получаемая мощность почти не увеличивается.
Состав смеси
Рабочая смесь к моменту воспламенения ее электрической искрой должна удовлетворять следующим требованиям:
— состав смеси должен быть строго определенным для каждого режима работы двигателя;
— бензин в смеси должен находиться в парообразном состоянии;
— смесь должна быть однородной как внутри одного цилиндра, так и во всех цилиндрах двигателя.
Теоретически подсчитано, что для полного сгорания 1 кг
бензина требуется 15
кг
воздуха. Смесь, содержащая воздуха столько, сколько теоретически необходимо для полного сгорания находящегося в ней топлива, называется теоретической смесью.
На практике бензин в теоретической смеси полностью не сгорает, так как при смешивании бензина с воздухом не удается до-‘ биться равномерного распределения частиц бензина в воздухе. Одна часть смеси содержит бензин в избытке, а другая, наоборот, — в недостатке. При неполном сгорании бензина уменьшается количество выделяющегося тепла; следовательно, снижается экономичность двигателя. А чтобы весь бензин сгорел полностью, необходимо увеличить количество воздуха в смеси сверх теоретически необходимого. Смесь, содержащая воздуха больше теоретически необходимого количества, называется бедной смесью.
Наивысшая экономичность двигателя получается при работе на несколько обедненной смеси, в которой на 1 кг
бензина приходится 17
кг
воздуха (смесь характеризуется отношением 17 : 1). Но работа двигателя на бедной смеси сопровождается падением его мощности.
Для увеличения скорости сгорания необходимо сблизить частицы бензина в смеси. Смесь, содержащая воздуха меньше теоретически необходимого количества, называется богатой смесью. Быстрее всего сгорает обогащенная смесь, в которой соотношение воздуха и бензина составляет 13 : 1. Работая на такой смеси, двигатель даст наивысшую мощность. Однако недостаток воздуха в обогащенной смеси приведет к неполному сгоранию бензина, и экономичность двигателя окажется ниже, чем при ,работе на несколько обедненной смеси.
Смеси, в которых на 1 кг
бензина приходится менее 6 и более 21
кг
воздуха, не воспламеняются от электрической искры.
Состав рабочей смеси оказывает большое влияние не только на мощность и экономичность двигателя, но и на температурный режим двигателя. При медленном сгорании переобедненной смеси поршень за время ее горения проходит от в. м. т. к н. м. т. значительное расстояние. Объем горящих газов и поверхность соприкосновения газов со стенками цилиндров увеличиваются. Количество тепла, отдаваемого стенкам цилиндров и другим деталям двигателя, возрастает, и температура двигателя повышается.
При работе двигателя на переобогащенной смеси скорость сгорания тоже уменьшается, но не так значительно, как при работе на переобедненной смеси. Появление черного дыма из глушителя свидетельствует о работе двигателя на переобогащенной смеси и объясняется неполным сгоранием бензина, при котором в отработавших газах появляются частицы углерода.
Испарение бензина в рабочей смеси должно закончиться полностью к началу горения. Бензин же хорошо испаряется только при прогретом двигателе. Для улучшения испарения бензина стенки впускного трубопровода подогреваются отработавшими газами. Подогрев горючей смеси регулируется в зависимости от температуры окружающего воздуха. Чрезмерно высокий подогрев значительно уменьшает вес горючей смеси, а следовательно, снижает мощность, развиваемую двигателем.
Однородность рабочей смеси характеризуется равномерностью распределения паров и частиц бензина в ее объеме. Однородная рабочая смесь сгорает наиболее полно со скоростью, соответствующей ее составу.
Детонация и преждевременное восцламеяеяие горючей смеси
При некоторых условиях (хмалая величина октанового числа бензина, высокая температура и большое давление в цилиндре) скорость сгорания рабочей смеси резко возрастает и достигает 1500 — 2500 м/сек
. Такой вид сгорания называется детонационным.
Взрывная волна вызывает мгновенные, чисто местные повышения давления, но общее увеличение тепловых потерь ведет к снижению экономичности и мощности двигателя. Работа двигателя при детонационном сгорании рабочей смеси, о котором свидетельствуют звонкие стуки в двигателе, ведет к перегреву двигателя, снижению его мощности и увеличению расхода горючего.
Работа двигателя с детонацией недопустима и даже опасна для отдельных его деталей. В большинстве случаев появление детонационного сгорания есть результат неправильно подобранного сорта горючего для двигателя с данной степенью сжатия.
Причинами, вызывающими детонацию, могут быть также нагарообразование на поршне и головке блока, чрезмерно большой угол опережения зажигания, перегрев двигателя.
Чтобы уменьшить или прекратить детонацию, надо уменьшить нагрузку на двигатель (прикрыть дроссель, перейти на пониженную передачу), уменьшить угол опережения зажигания, выбрать надлежащий сорт горючего, поддерживать нормальный тепловой режим двигателя.
Следует отличать детонацию от самовоспламенения рабочей смеси, которое возникает в результате перегрева отдельных деталей двигателя или наличия частиц нагара в камере сгорания.
Работа двигателя с самовоспламенением рабочей смеси сопровождается стуками, падением мощности и перегревом двигателя. В этом случае при выключенном зажигании двигатель будет некоторое время продолжать работать, так как смесь воспламеняется не от искры, а в результате соприкосновения с перегретыми деталями двигателя.
Режимы работы двигателя
Автомобильный двигатель работает в сложных и разнообразных условиях, которые определяются количеством перевозимого груза, скоростью движения, качеством и состоянием дорожного покрытия и другими факторами. В зависимости от этих условий изменяются мощность и число оборотов двигателя.
Подводимая к ведущим колесам автомобиля мощность должна быть достаточной Для движения автомобиля с требуемой скоростью. При переходе автомобиля с горизонтальной дороги на подъем мощность двигателя для сохранения скорости должна быть увеличена (открытием дроссельной заслонки), а при движении под уклон, наоборот, уменьшена (прикрытием дроссельной заслонки).
Таким образом, при постоянной скорости движения автомобиля мощность двигателя может быть различной. Чем больше открыта дроссельная заслонка, тем больше развиваемая мощность, тем больше нагружен двигатель. Степень использования мощности двигателя называется его нагрузкой, которая выражается обычно в процентах к максимальной мощности при данном числе оборотов.
При движении автомобиля возможно самое разнообразное сочетание нагрузки и числа оборотов, поэтому количество возможных режимов работы его двигателя бесконечно велико,
Выделим четыре наиболее характерных нагрузочных режима двигателя: частичная (средняя) нагрузка; полная (максимальная) нагрузка; резкое увеличение нагрузки; холостой ход.
Частичная нагрузка — наиболее часто встречающийся режим работы автомобильного двигателя. В этом случае дроссельная заслонка полностью не открывается, а обороты двигателя могут изменяться от минимальных до максимальных.
Полная нагрузка соответствует полному открытию дроссельной заслонки при различном числе оборотов.
Резкое увеличение нагрузки двигателя происходит при разгоне автомобиля после трогания с места или при обгоне.
Способность двигателя быстро увеличивать обороты коленчатого вала характеризует его приемистость. Чем лучше приемистость двигателя, тем выше средняя скорость движения автомобиля.
На холостом ходу двигатель работает во время кратковременной остановки автомобиля или при движении автомобиля по инерции (накатом) с выключенной передачей. Число оборотов коленчатого вала двигателя должно быть по возможности малым, чтобы уменьшить расход бензина.
Особым видом работы двигателя является запуск холодного двигателя и его последующий прогрев. При запуске двигателя коленчатый вал вращают при помощи пусковой рукоятки или стартера. Во время прогрева двигателя число оборотов коленчатого вала должно быть повышенным по сравнению с оборотами холостого хода, чтобы преодолеть большие внутренние сопротивления в двигателе.
Требования к составу горючей смеси на различных режимах работы двигателя
На режиме частичных нагрузок горючая смесь должна плавно обедняться (от 8 — 9 кг
воздуха на 1
кг
бензина при малых открытиях дроссельной заслонки до 16 — 17
кг
воздуха на 1
кг
бензина при почти полном открытии дроссельной заслонки).
На этом режиме двигатель не должен развивать полной мощности, поэтому карбюратор готовит смесь экономичного, состава. Экономичной смесью называется горючая смесь, обеспечивающая получение наибольшей экономичности двигателя.
На режиме полных (максимальных) нагрузок двигатель должен развивать наибольшую мощность. Выполнение этого требования обеспечивает мощностная смесь. В такой смеси на 1 кг
бензина приходится 13
кг
воздуха.
Быстрое увеличение нагрузки двигателя возможно только при таком же быстром увеличении количества горючей смеси, поступающей в цилиндры двигателя. При резком открытии дроссельной заслонки необходимо одновременно подать дополнительно некоторое количество бензина, чтобы предотвратить временное переобеднение горючей смеси.
Работа двигателя на холостом ходу должна быть достаточно устойчивой, что при сильно прикрытой дроссельной заслонке достигается только в том случае, если богатая смесь имеет такой состав, который обеспечивает ее надежное воспламенение при большом количестве остаточных газов (в такой смеси на 1 кг
бензина приходится 8 — 9
кг
воздуха).
При запуске холодного двигателя смесеобразование сильно ухудшается вследствие недостаточного разрежения в диффузоре, незначительной скорости воздуха и низкой температуры деталей двигателя. Практически испаряются лишь легкие фракции бензина (около 10% всего количества). Поэтому для приготовления необходимого количества смеси, способной воспламеняться и гореть, в цилиндры двигателя подается очень богатая смесь (1 — 2 кг
воздуха на 1
кг
бензина). По мере прогрева двигателя после запуска требуемое обогащение горючей смеси уменьшается.
Прогретый двигатель запускают без дополнительного обогащения горючей смеси вследствие лучших условий испарения бензина.
Влияние нарушения состава рабочей смеси на работу двигателя
Неисправности системы питания заключаются в образовании смеси несоответствующего качества и повышенном расходе топлива. К наиболее часто встречающимся неисправностям системы питания относится образование богатой или бедной горючей смеси.
Богатая рабочая смесь обладает пониженной скоростью горения и вызывает перегрев двигателя, работа его при этом сопровождается резкими хлопками в глушителе. Хлопки появляются в результате неполного сгорания смеси в цилиндре (не хватает кислорода воздуха), и догорание ее происходит в глушителе, сопровождающееся черным дымом.
Длительная работа двигателя на богатой смеси приводит к перерасходу топлива и большому отложению нагара на стенках камеры сгорания и электродах свечей зажигания. Образованию богатой горючей смеси способствует уменьшение количества поступающего воздуха или увеличение количества поступающего топлива.
Бедная горючая смесь также обладает пониженной скоростью сгорания, двигатель перегревается, и его работа сопровождается резкими хлопками во впускном трубопроводе. Хлопки появляются в результате того, что смесь еще догорает в цилиндре, когда уже открыт впускной клапан и пламя распространяется во впускной трубопровод.
Длительная работа двигателя на бедной смеси также вызывает перерасход топлива вследствие того, что мощность двигателя в этом случае падает и чаще приходится пользоваться пониженными передачами. Образованию бедной горючей смеси способствует либо уменьшение количества поступающего топлива, либо увеличение количества поступающего воздуха.
Рабочая смесь ДВС
Само название ДВС — двигатель ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ — намекает на то, что чего-то там горит. И горит, конечно, не само топливо, а лишь его пары, смешанные с воздухом. Такую смесь обычно называют рабочей. Горение этой смеси имеет особенность — она сгорает, значительно увеличиваясь в объеме, создавая, так сказать, ударную волну для поршней цилиндров.
За создание рабочей смеси отвечает карбюратор или инжектор соответственно, в зависимости от типа двигателя.
Детонация и самовоспламенение
При нормальных условиях сгорание рабочей смеси в цилиндрах двигателя происходит со скоростью 25-30 м/сек и давление в цилиндре нарастает плавно. Двигатель работает в нормальном тепловом режиме, без стуков и отказов.
При применении топлива более низкого качества, перегреве двигателя, установке очень раннего момента воспламенения смесь начинает гореть со скоростью, доходящей до 2000 м/сек. Такое взрывное сгорание смеси называется детонацией. При детонационном сгорании давление в отдельных частях цилиндра резко возрастает, появляются металлические стуки, мощность двигателя падает, появляется черный дым из глушителя. Наиболее вредно явление детонации сказывается на состоянии деталей кривошипно-шатунного механизма, где возможно разрушение отдельных деталей.
Склонность топлива к детонации условно оценивают октановым числом. Чем выше октановое число, тем топливо меньше склонно к детонации. Бензин с более высоким октановым числом применяют для двигателей с более высокой степенью сжатия.
Детонационное сгорание смеси иногда ошибочно путают с самовоспламенением или калильным зажиганием. Самовоспламенение может наступить в цилиндрах перегретого двигателя в тот момент, когда электрическая искра еще не поступила в цилиндр, а также при воспламенении от раскаленных частиц нагара или электродов свечи. Как в том, так и в другом случае смесь горит с нормальной скоростью. Обычно это явление наблюдается при выключении зажигания, когда двигатель еще продолжает некоторое время работать.
Из чего состоит ДВС
Начать нужно с того, из чего состоит двигатель внутреннего сгорания:
—головка блока цилиндров — это своеобразный сосуд для камеры сгорания рабочей смеси, клапанов газораспределения с приводом, свечей зажигания и форсунок;
—цилиндры — это полые детали с цилиндрической внутренней поверхностью, в цилиндрах движутся поршни;
—поршни — это подвижные детали, плотно перекрывающие цилиндры в поперечном сечении и перемещающиеся вдоль их оси;
—поршневые кольца — это незамкнутые кольца, которые плотно посажены в канавках на внешних поверхностях поршней, они герметизируют камеру сгорания, улучшают теплопередачу через стенки цилиндров и регулируют расход смазки;
—поршневые пальцы служат для шарнирного соединения поршня с шатуном, каждый из них является осью, относительно которой шатун совершает колебательное движение.;
—шатуны — это звено плоского механизма,связанное с другими подвижными звеньями посредством вращательных кинематических пар и совершающее сложное плоское движение;
—коленчатый вал — это это вал, состоящий из нескольких кривошипов;
—маховик — массивное вращающееся колесо, использующееся в качестве накопителя (инерционный аккумулятор) кинетической энергии;
—распределительный вал с кулачками — основная деталь газораспределительного механизма (ГРМ), служащего для синхронизации впуска или выпуска и тактов работы двигателя;
—клапаны — это механизмы, при помощи которых можно, по желанию, открывать или закрывать отверстия различного назначения;
—свечи зажигания служат для воспламенения горючей смеси, они представляют из себя набор электродов, между которыми и возникает искра.
Но для полноценной работы ДВС необходимо еще несколько систем:
—система питания ДВС состоит из топливного бака, фильтров очистки топлива, топливопроводов, топливного насоса, воздушного фильтра, выпускной системы и карбюратора (если двигатель не инжекторный);
—система выпуска отработавших газов ДВС состоит из выпускного клапана, выпускного канала, приемной трубы глушителя, дополнительного глушителя (резонатора), основного глушителя, соединительных хомутов;
—система зажигания ДВС состоит из источника питания для системы зажигания (аккумулятор и генратор), выключателя зажигания, устройства управления накоплением энергии, накопителя энергии (например, катушка зажигания), системы распределения зажигания, высоковольтных проводов и свечей зажигания;
—система охлаждения ДВС состоит из специальным образом устроенных двойных стенок блока цилиндров и головок (пространство между ними заполнено охлаждающей жидкостью), радиатора, расширительного бачка, насоса, термостата и трубопроводов;
-система смазки состоит из поддона картера, масляного насоса, масляного фильтра, трубок, каналов и отверстий для подачи масла.
Процесс смесеобразования в двигателях автомобилей
Государственный стандарт союза сср гост 12.1.044-89 (ст сэв 4831-84, ст сэв 6219-88, мс исо 4589, ст сэв 6527-88) «система стандартов безопасности труда. пожаровзрывоопасность веществ и материалов. номенклатура показателей и методы их определения» (утв. п
В ДВС горючая смесь необходимого состава готовится в карбюраторах или в случае с инжекторной системой питания – рассчитывается электроникой. Смесь, где на 1 кг бензина или другого горючего используется 15 кг воздуха, считается нормальной. В этом режиме двигатель работает достаточно экономно, при этом его мощность находится на высоком уровне. Для экономии количество воздуха в смеси увеличивают. Так, обедненная смесь – это когда на 1 л бензина используется до 15-17 кг воздуха. Расход горючего становится минимальным, а потери мощности составляют всего 8-10 %. Бедная смесь – это когда на 1 л бензина приходится более 17 кг воздуха. На таком составе мотор работает неустойчиво, потребляется большой объем топлива, уменьшается мощность. Это вредно для силового агрегата. Кроме того, такое явление часто ведет за собой пропуски в системе зажигания, задержки при нажатии на педаль акселератора.
Рабочий процесс двигателя что это такое
Двигатель внутреннего сгорания (ДВС) — самый распространенный тип двигателя легкового автомобиля. Работа двигателя этого типа основана на свойстве газов расширяться при нагревании. Источником теплоты в двигателе является смесь топлива с воздухом (горючая смесь).
Двигатели внутреннего сгорания бывают двух типов: бензиновые и дизельные. В бензиновом двигателе горючая смесь (бензина с воздухом) воспламеняется внутри цилиндра от искры, образующейся на свече зажигания 3 (рис. 3). В дизельном двигателе горючая смесь (дизельного топлива с воздухом) воспламеняется от сжатия, а свечи зажигания не применяются. На обоих типах двигателей давление образующейся при сгорании горючей смеси газов повышается и передается на поршень 7. Поршень перемещается вниз и через шатун 8 действует на коленчатый вал 11, принуждая его вращаться. Для сглаживания рывков и более равномерного вращения коленчатого вала на его торце устанавливается массивный маховик 9.
Рис.3. Схема одноцилиндрового двигателя.
Рассмотрим основные понятия о ДВС и принцип его работы.
В каждом цилиндре 2 (рис. 4) установлен поршень 1. Крайнее верхнее его положение называется верхней мертвой точкой (ВМТ), крайнее нижнее — нижней мертвой точкой (НМТ). Расстояние, пройденное поршнем от одной мертвой точки до другой, называется ходом поршня. За один ход поршня коленчатый вал повернется на половину оборота.
Рис.4. Схема цилиндра
Камера сгорания (сжатия) — это пространство между головкой блока цилиндров и поршнем при его нахождении в ВМТ.
Рабочий объем цилиндра — пространство, освобождаемое поршнем при перемещении его из ВМТ в НМТ.
Рабочий объем двигател — это рабочий объем всех цилиндров двигателя. Его выражают в литрах, поэтому нередко называют литражом двигателя.
Полный объем цилиндра — сумма объема камеры сгорания и рабочего объема цилиндра.
Степень сжатия показывает, во сколько раз полный объем цилиндра больше объема камеры сгорания. Степень сжатия у бензинового двигателя равна 8. 10, у изельного — 20. 30.
От степени сжатия следует отличать компрессию.
Компрессия — это давление в цилиндре в конце такта сжатия характеризует техническое состояние (степень изношенности) двигателя. Если компрессия больше или численно равна степени сжатия, состояние двигателя можно считать нормальным.
Мощность двигателя — величина, показывающая, какую работу двигатель совершает в единицу времени. Мощность измеряется в киловаттах (кВт) или лошадиных силах (л. с), при этом одна лошадиная сила приблизительно равна 0,74 кВт.
Крутящий момент двигателя численно равен произведению силы, действующей на поршень во время расширения газов в цилиндре, на плечо ее действия (радиус кривошипа — расстояние от оси коренной шейки до оси шатунной шейки коленчатого вала). Крутящий момент определяет силу тяги на колесах автомобиля: чем больше крутящий момент, тем лучше динамика разгона автомобиля.
Максимальные мощность и крутящий момент развиваются двигателем при определенных частотах вращения коленчатого вала (указаны в технической характеристике каждого автомобиля).
Такт — процесс (часть рабочего цикла), который происходит в цилиндре за один ход поршня. Двигатель, рабочий цикл которого происходит за четыре хода поршня, называют четырехтактным независимо от количества цилиндров.
Рабочий цикл четырехтактного карбюраторного двигателя. Он протекает в одном цилиндре в такой последовательности (рис. 5):
Рис.5. Рабочий цикл четырехтактного двигателя
Рис.6. Схема работы четырехцилиндрового двигателя
1 -й такт — впуск. При движении поршня 3 вниз в цилиндре образуется разрежение, под действием которого через открытый впускной клапан 1 в цилиндр из системы питания поступает горючая смесь (смесь топлива с воздухом). Вместе с остаточными газами в цилиндре горючая смесь образует рабочую смесь и занимает полный объем цилиндра;
2-й такт — сжатие. Поршень под действием коленчатого вала и шатуна перемещается вверх. Оба клапана закрыты, и рабочая смесь сжимается до объема камеры сгорания;
3-й такт — рабочий ход, или расширение. В конце такта сжатия между электродами свечи зажигания возникает электрическая искра, которая воспламеняет рабочую смесь (в дизельном двигателе рабочая смесь самовоспламеняется). Под давлением расширяющихся газов поршень перемещается вниз и через шатун приводит во вращение коленчатый вал;
4-й такт — выпуск. Поршень перемещается вверх, и через открывшийся выпускной клапан 4 выходят наружу из цилиндра отработавшие газы.
При последующем ходе поршня вниз цилиндр вновь заполняется рабочей смесью, и цикл повторяется.
Как правило, двигатель имеет несколько цилиндров. На отечественных автомобилях обычно устанавливают четырехцилиндровые двигатели (на автомобилях «Ока» —двухцилиндровый). В многоцилиндровых двигателях такты работы цилиндров следуют друг за другом в определенной последовательности. Чередование рабочих ходов или одноименных тактов в цилиндрах многоцилиндровых двигателей в определенной последовательности называется порядком работы цилиндров двигателя. Порядок работы цилиндров в четырехцилиндровом двигателе чаще всего принят I —3—4—2 или реже I —2—4—3, где цифры соответствуют номерам цилиндров, начиная с передней части двигателя. Схема на рис. 6 характеризует такты, происходящие в цилиндрах во время первого полуоборота коленчатого вала. Порядок работы двигателя необходимо знать для правильного присоединения проводов высокого напряжения к свечам при установке момента зажигания и для последовательности регулировки тепловых зазоров в клапанах.
В действительности любой реальный двигатель гораздо сложнее упрощенной схемы, представленной на рис. 3. Рассмотрим типовые элементы конструкции двигателя и принципы их работы.
Рабочий цикл двигателя внутреннего сгорания (ДВС) – представляет собой ряд процессов, в результате которых производится порция усилия (мощности), воздействующего на коленчатый вал двигателя. Рабочий цикл состоит из:
- заполнения цилиндра топливной смесью;
- ее сжатия;
- воспламенения смеси;
- расширения газов и очистки от них цилиндра.
Рабочие циклы двигателей
Рабочий цикл четырехтактного карбюраторного 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 рабочего цикла, совершаемого за время движения поршня от одной мертвой точки до другой, т. е. за один ход поршня, называется тактом . Двигатели, рабочий цикл которых совершается за четыре хода поршня (два оборота коленчатого вала), называются четырехтактными. В головке блока цилиндров, над камерой сгорания (рис. 1) карбюраторного двигателя устанавливаются впускной 4 и выпускной 6 клапаны, управляемые газораспределительным механизмом, а также свеча зажигания 5.
Рабочий цикл карбюраторного четырехтактного двигателя состоит из последовательных тактов впуска, сжатия, расширения и выпуска.
Такт впуска
В результате вращения коленчатого вала при пуске двигателя (вручную или с помощью специального устройства — например, заводной рукоятки или электродвигателя — стартера) поршень совершает движение от верхней мертвой точки (ВМТ) к нижней мертвой точке (НМТ). При этом впускной клапан 4 открыт, а выпускной клапан 6 закрыт. Так как объем цилиндра при движении поршня вниз (к НМТ) быстро увеличивается, давление над поршнем уменьшается до 0,07. 0,09 МПа, т. е. внутри цилиндра создается вакуум – избыточное разрежение. Впускной клапан 3 сообщается со специальным устройством – карбюратором, который приготавливает горючую смесь из топлива и воздуха. Вследствие разности давлений в карбюраторе и цилиндре горючая смесь всасывается через открытый впускной клапан в цилиндр двигателя.
Если двигатель уже работает, то горючая смесь, попадая в цилиндр из карбюратора, смешивается с остаточными продуктами сгорания от предыдущего цикла, и образует рабочую смесь. Смешиваясь с остаточными продуктами сгорания и соприкасаясь с нагретыми деталями цилиндра, рабочая смесь нагревается до температуры 75. 125 ˚С.
Такт сжатия
При подходе поршня к НМТ впускной клапан закрывается. Далее поршень начинает перемещаться вверх (к ВМТ), сжимая смесь воздуха, топлива и остаточных продуктов сгорания, которые не были удалены из цилиндра при выпуске. При движении поршня от НМТ к ВМТ вследствие сокращения объема цилиндра при закрытых клапанах повышаются давление, при этом возрастает температура рабочей смеси (в соответствии с законом Гей-Люссака). В конце такта сжатия давление внутри цилиндра повышается до 0,9…1,5 МПа, а температура смеси достигает 270-480 ˚С. В этот момент к электродам свечи зажигания 5 подводится высокое напряжение, которые вызывает между ними искровой разряд, результате чего рабочая смесь воспламеняется и сгорает. В процессе сгорания топлива выделяется большое количество теплоты, из-за чего температура газов (продуктов сгорания) повышается до 2200-2500 ˚С, и давление внутри цилиндра достигает 3,0…4,5 МПа. Газы начинают расширяться, перемещая поршень вниз, к НМТ.
Виды моторов
Существует три вида двигателей, встречаемых в транспортных средствах:
- поршневой
- роторно-поршневой
- газотурбинный
Большой популярностью пользуется первый вариант моторов. На некоторые модели автомобилей устанавливают так поршневые двигатели с четырьмя тактами. Вызвана такая популярность тем, что подобные агрегаты стоят дешевле, имеют небольшой вес и подходят для использования практически во всех машинах вне зависимости от производства.
Если говорить простыми словами, то двигатель автомобиля — это особый механизм, способный изменить энергию тепла, превратив ее в механическую энергию, благодаря чему удается обеспечить работу множества элементов конструкции автомобиля, а также его систем.
Изучить принцип действия мотора не составит труда. Например, поршневые ДВС делятся на двух- и четырехтактные агрегаты. Четырехтактными двигатели называют потому, что в одном рабочем цикле элемента поршень двигается четыре раза (такта). Подробнее о том, что представляют собой такты, написано далее.
Устройство мотора
Прежде, чем разбираться с принципом работы, стоит сначала понять, как устроен силовой агрегат и что входит в его конструкцию. Так как поршневые считаются наиболее востребованными, рассматриваться будет именно такое устройство. К основным деталям следует отнести:
- Цилиндры, образующие отдельный блок
- Головку блока с ГРМ
- Кривошипно-шатунный механизм
Последний приводит в движение коленчатый вал, заставляя его вращаться. Механизм передает валу энергию, получаемую от двигающегося поршня, который в несколько тактов меняет свое положение. Движение поршня регулирует энергия тепла, возникающая в результате горения топлива.
Невозможно представить и организовать движение силового агрегата без установленных в нем механизмов. Так, например, ГРМ меняет положение клапанов, за счет чего удается обеспечить регулярную подачу топлива, впуская и выпуская определенные составы. Система поступления новых газов и выхода отработавших налажена.
Рабочий цикл ДВС
Основной цикл мотора подразумевает выполнение четырех основных тактов. Именно о них и пойдет речь дальше по тексту.
Первый такт: впуск
Начальный — движение кулачков, которые являются частью конструкции распределительного вала. Они меняют воздействуют на клапан впуска, заставляя его открыться.
Далее, вслед за открывшимся клапаном, с места двигается поршень. Деталь постепенно перемещается из крайнего верхнего положения в крайнее нижнее. Воздух внутри цилиндра в связи с уменьшением пространства поршнем становится более разреженным, благодаря чему становится возможным поступление подготовленной рабочей смеси.
После этого поршень начинает действовать на коленвал через шатун, вследствие чего вал поворачивается на 180 градусов. Сам поршень уже достигает своего критического нижнего положения, и на этом моменте начинается второй такт.
Второй такт: сжатие
Он подразумевает дальнейшее сжатие смеси, находящейся внутри цилиндра. Клапан впуска закрывается, и поршень меняет свое направление, двигаясь вверх. Воздух в связи с уменьшением пространства начинает сжиматься, а рабочая смесь — нагреваться. Когда второй такт подходит к концу, в действие приходит система зажигания. Ее основное назначение — подача на свечу заряда электричества для образования искры. Именно эта искра поджигает сжатую смесь из топлива и воздуха, приводя к ее воспламенению.
Отдельно стоит рассмотреть, как зажигается топливо у дизельного ДВС. Как только завершается сжатие, начинает поступать мелкораспыленное дизельное топливо через форсунку внутрь камеры. Впоследствии горючее вещество перемешивается с воздухом внутри, благодаря чему происходит воспламенение.
Что касается карбюраторного двигателя со стандартным топливом, то на втором такте коленчатый вал успевает сделать полный оборот.
Третий такт: рабочий ход
Третий такт называется рабочим ходом. Газы, оставшиеся после сгорания смеси, начинают толкать поршень, перемещая его вниз. Полученная деталью энергия передается коленвалу, и тот снова поворачивается, но уже на половину оборота.
Четвертый такт: выпуск
Четвертый такт — выпуск оставшихся газов. Когда такт только начинается, кулачок меняет положение на этот раз выпускного клапана, открывая его. Это способствует началу движения поршня наверх, вследствие чего из цилиндра начинают выходить отработавшие газы.
Интересно, что на современных моделях транспортных средств ДВС оборудованы не одним цилиндром, а несколькими. Благодаря их слаженной работе обеспечивается более качественная работа мотора и систем машины. При этом в каждом цилиндре единовременно выполняются разные такты. Так, например, в одном цилиндре вовсю идет рабочий ход, а во втором — коленчатый вал еще только совершает оборот. Подобная конструкция также:
- избавляет от ненужных вибраций;
- уравновешивает силы, которые действуют на работу коленвала;
- организует ровную работу мотора.
Ввиду компактности двигатели с несколькими цилиндрами изготавливают не рядными, а V-образными. Также существует форма оппозитных двигателей, которые часто можно встретить на автомобилях производства Subaru. Такое решение позволяет сэкономить много места под капотом.
Как работает четырехтактный двигатель
Конструктивно рабочий цикл типового четырехтактного агрегата обеспечивается работой следующих элементов:
- цилиндр;
- поршень – выполняет возвратно-поступательные движения внутри цилиндра;
- клапан впуска – управляет процессом подачи топливовоздушной смеси в камеру сгорания;
- клапан выпуска – управляет процессом выброса отработавших газов из цилиндра;
- – осуществляет воспламенение образовавшейся топливовоздушной смеси;
- коленчатый вал;
- распределительный вал – управляет открытием и закрытием клапанов;
- ременной или цепной привод;
- кривошипно-шатунный механизм – переводит движение поршня во вращение коленчатого вала.
Рабочий цикл четырехтактного двигателя
Рабочий цикл такого механизма состоит из четырех тактов, в ходе которых реализуются следующие процессы:
- Впуск (нагнетание топлива и воздуха). В начале цикла поршень находится в ВМТ. В момент, когда коленвал начинает вращаться, он воздействует на поршень и переводит его в НМТ. Это приводит к образованию разрежения в камере цилиндра. Распредвал воздействует на клапан впуска, постепенно открывая его. Когда поршень оказывается в крайнем положении клапан полностью открыт, в результате чего происходит интенсивное нагнетание топлива и воздуха в камеру цилиндра.
- Сжатие (увеличение давления горючей смеси). На втором этапе поршень начинает обратное перемещение к верхней мертвой точке такта сжатия. Коленвал совершает еще один поворот, а оба клапана полностью закрыты. Внутреннее давление увеличивается до величины 1,8 МПа и повышается температура горючей смеси до 600 С°.
- Расширение (рабочий ход). При достижении верхней позиции поршнем в камере сгорания устанавливается максимальная компрессия до 5 МПа и срабатывает свеча зажигания. Это приводит к возгоранию смеси и увеличению температуры до 2500 С°. Давление и температура приводят к интенсивному воздействию на поршень, и он начинает вновь перемещаться к НМТ. Коленвал совершает еще поворот, и таким образом, тепловая энергия переходит в полезную работу. Распредвал открывает выпускной клапан, и при достижении поршнем НМТ он полностью раскрыт. В результате отработавшие газы начинают постепенно выходить из камеры, а давление и температура снижаются.
- Выпуск (удаление отработавших газов). Коленвал двигателя поворачивается, и поршень начинает движение в верхнюю точку. Это приводит к выталкиванию отработавших газов и еще большему снижению температуры и уменьшению давления до 0,1 МПа. Далее, начинается новый цикл, в ходе которого указанные процессы вновь повторяются.
Четырехтактный двигатель получил широкое распространение. Он может работать как с бензином, так и с дизельным топливом. Отличием рабочего цикла для дизеля является то, что воспламенение топливовоздушной смеси происходит не от искры, а от высокого давления и температуры в конечной точке такта сжатия.
Как работает двухтактный мотор
Выше было упомянуто, что поршневые двигатели делятся как на 4-тактные, так и на 2-тактные. Принцип работы вторых немного отличается от того, что был описан ранее. Да и само устройство такого агрегата значительно проще предыдущей конструкции. В двухтактном агрегате всего два окна в цилиндре — впускное и выпускное. Второе расположено чуть выше первого, и сейчас будет объяснено, для чего это.
Поршень при начале первого такта, до этого перекрывавший впускное окно, начинает двигаться наверх, в результате чего перекрывает собой окно впуска топлива. Поршень в это же время продолжает опускаться, что приводит к сжатию рабочей смеси. Как только деталь достигает нужного положения, на свече образуется первая искра, и созданная смесь тут же поджигается, воспламеняясь. Впускное окно к этому моменту уже открывается. Оно пропускает очередную порцию топлива и воздуха, продолжая работу механизма.
Начало второго такта характеризуется сменой направления движения поршня — он начинает перемещаться вниз. На него действуют газы, стремящиеся расширить имеющееся пространство. Поршень перемещается, открывая впускное окно, и оставшиеся после сгорания смеси газы уходят, пропуская внутрь новую порцию топлива.
Какая-то часть рабочей смеси также покидает цилиндр через открытый выпускной клапан. Поэтому становится понятным, почему двухтактные двигатели требуют такого количества топлива.
Преимущества и недостатки
Преимуществом двухтактных поршневых агрегатов является достижение большой мощности при небольшом рабочем объеме, если сравнивать их с четырехтактными. Однако владелец авто будет страдать от внушительных расходов топлива, из-за чего в скором времени в его голове возникнет идея поменять агрегат.
Также плюсами двухтактных ДВС можно назвать простую конструкцию, понятную и равномерную работу, маленький вес и компактный размер. К минусам следует отнести грязный выхлоп, нехватку различных систем, а также быстрый износ деталей конструкции. Довольно часто владельцы машин с таким двигателем жалуются на перегрев агрегата и его поломку.
Часть рабочего цикла мотора
Последняя бука буква «т»
Ответ на вопрос «Часть рабочего цикла мотора «, 4 буквы: такт
Альтернативные вопросы в кроссвордах для слова такт
Умение промолчать «где надо»
Деликатность в поведении
Черта в нотном стане
Умение сообщить гостям, что день рождения уже 4 часа как закончился
«Наши сердца бьются в . «
Форма и единица задания ритма в музыке
Единица музыкального метра
Деликатное чувство музыканта
Чувство меры в поведении, поступках
Примеры употребления слова такт в литературе.
Это Малер, который узнается с первого такта, а ведь написано в шестнадцать лет!
Затем Нейса перешла в кентер — укороченный полевой галоп: быстрый скачкообразный аллюр в три такта с фазой свободного провисания: левая передняя, затем правая передняя и левая задняя вместе, а потом — правая задняя.
Затем она перешла на кентер — быстрый скачкообразный аллюр в три такта с фазой свободного провисания: раз-два-три-пауза, раз-два-три-пауза.
Изображение чуть отодвинулось, давая панораму блистающей доспехами шеренги тактов, а из динамиков раздался слитный гул, будто сотни гигантских комаров-мутантов одновременно взмыли в воздух над полом ангарного отсека.
Через три дня тримаран причалил к пристани в Аресибо, и все время, прошедшее до этой минуты, Макдональд настраивал себя, подобно камертону, в такт неспешному пульсу волнующегося океана — с его ритмами вдохов и выдохов, приливов и отливов, распоряжающегося жизнями всех существ, обитающих в его глубинах и на поверхности.
Источник https://kiauto.ru/avtomobil-baza/sostav-rabochej-smesi.html
Источник https://safari-in-africa.ru/obuchenie/rabochij-takt-dvigatelya.html
Источник
Источник