Характеристика рабочего цикла четырехтактного дизельного двигателя

Строительные машины и оборудование, справочник

Категория:

   Ремонт топливной аппаратуры автомобилей

Публикация:

   Характеристика рабочего цикла четырехтактного дизельного двигателя

Читать далее:

   Способы смесеобразования в дизельных двигателях

Характеристика рабочего цикла четырехтактного дизельного двигателя

Основное отличие дизельного двигателя от карбюраторного заключается в способе образования и воспламенения рабочей смеси.

В карбюраторном двигателе при такте впуска в цилиндры поступает горючая смесь, приготовленная в карбюраторе из паров бензина и воздуха, а в дизельном — только чистый воздух. В конце такта сжатия в карбюраторном двигателе смесь воспламеняется от искры, а в дизельном — в среду сжатого воздуха в цилиндр впрыскивается дизельное топливо, которое перемешивается в мелкораспыленном состоянии с воздухом, испаряется, образуя рабочую смесь, и самовоспламеняется.

Последовательные процессы, периодически повторяющиеся в каждом цилиндре двигателя во время его работы, составляют рабочий цикл. Наибольшее распространение получили дизельные двигатели с четырехтактным рабочим циклом. Дизельные двигатели с двухтактным циклом работы, применявшиеся ранее, оказались малоэффективными вследствие плохого наполнения и очистки цилиндров при снижении частоты вращения коленчатого вала.

Рекламные предложения на основе ваших интересов:

Дополнительные материалы по теме:

Рабочий цикл четырехтактного дизельного двигателя может быть графически изображен в виде замкнутой кривой, показывающей изменение давления внутри цилиндра при перемещении поршня от верхней мертвой точки (в. м. т.) до нижней (н. м. т.) и обратно. Такая кривая называется индикаторной диаграммой (рис. 53) по названию прибора — индикатора, с помощью которого определяют величины давления внутри цилиндра.

Такт впуска начинается с момента открытия впускного клапана при движении поршня от в. м.т. и продолжается до поворота коленчатого вала на 180°, т. е. до момента закрытия впускного клапана. К началу впуска в цилиндре находятся отработавшие газы под небольшим избыточным давлением. При перемещении поршня от в.м.т. в цилиндр начинает засасываться воздух, а давление становится равным 0,08—0,09 МПа. Свежий заряд воздуха перемешивается с остатками отработавших газов и, соприкасаясь со стенками нагретого цилиндра и камеры сгорания, нагревается до температуры 50—90°С. Заканчивается такт впуска в точке.

Рис. 53. Индикаторная диаграмма дизельного двигателя

Степень наполнения цилиндра свежим зарядом характеризуется коэффициентом наполнения, который равен отношению объема поступившего воздуха к объему цилиндра. Для дизельных двигателей этот коэффициент достигает величины 0,9. В некоторых дизельных двигателях для улучшения наполнения применяют наддув— принудительную подачу воздуха в цилиндры двигателя. чТакт сжатия начинается с момента закрытия впускного клапана при движении поршня вверх от н. м.т и продолжается до поворота коленчатого вала на угол от 180 до 360°. При этом цилиндр оказывается разобщен с атмосферой и в нем происходит сжатие воздуха (линия 1—2—3). В результате сжатия давление в цилиндре возрастает до 4—5 МПа, а температура воздуха достигает 620—700°С. Для более эффективного сгорания рабочей смеси в цилиндре впрыск топлива происходит несколько раньше прихода поршня в в.м.т., а именно, в точке индикаторной диаграммы. Начиная с точки, в цилиндре образуется рабочая смесь, которая воспламеняется с небольшой задержкой, когда давление в цилиндре достигает значения, определяемого точкой.

Особенностью рабочего цикла дизельного двигателя по сравнению с карбюраторным являются более высокие давления при такте сжатия и такте расширения газов. Это сказывается на конструктивном исполнении двигателей. Дизельные двигатели, как правило, имеют более массивные и прочные детали цилиндропоршневой группы и корпусные детали по сравнению с карбюраторными двигателями соизмеримой мощности.

Различие способа смесеобразования в дизельных и карбюраторных двигателях оказывает также влияние на различное исполнение камер сгорания. В дизельных двигателях форма камеры сгорания обеспечивает равномерность распределения рабочей смеси по всему объему камеры и влияет также на качество смесеобразования.

Чтобы рабочая смесь равномерно и быстро распределялась по всей камере сгорания, необходимо глубокое проникновение струи топлива и мелкое ее распыление. Однако мелко распыленное топливо хуже проникает в сжатый воздух камеры сгорания, поэтому необходимо увеличивать давление впрыска топлива. Кроме того, при впрыске топливо должно хорошо перемешиваться с воздухом, что может быть достигнуто завихрением воздуха, создаваемым при поступлении его в цилиндр и при сжатии. В соответствии с этим в дизельных двигателях применяют различные способы смесеобразования.

Рекламные предложения:

Читать далее: Способы смесеобразования в дизельных двигателях

Категория: —
Ремонт топливной аппаратуры автомобилей

Главная → Справочник → Статьи → Форум

Рабочая (горючая) смесь

Эта статья относится только к бензиновым двигателям. Процесс и особенности смесеобразования в дизельных двигателях описаны на соответствующей странице в этом разделе.

Содержание статьи

• 1 Состав горючей смеси
• 2 Влияние нарушения состава рабочей смеси на работу двигателя
• 3 Детонация и самовоспламенение

Состав горючей смеси

Горючая смесь состоит из паров топлива и воздуха.

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.

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.

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.

Дизельный двигатель — Энергетическое образование

Энергетическое образование

Меню навигации

ИСТОЧНИКИ ЭНЕРГИИ

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЭНЕРГИИ

ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЕ ВОЗДЕЙСТВИЕ

ИНДЕКС

Поиск

Рис. 1 Схема рядного четырехцилиндрового двигателя. Поршни серого цвета, коленчатый вал зеленого цвета, блок прозрачный ^[1]

Дизельный двигатель — это тепловой двигатель внутреннего сгорания, работающий от дизельного топлива. Эти двигатели приводят в действие небольшие электрические генераторы, называемые дизельными генераторами, часто в отдаленных районах, а также двигатели легковых и грузовых автомобилей (как больших, так и малых).

Процессы

Воспламенение топлива

Дизельные двигатели воспламеняют свое топливо за счет сжатия. Температура молекул газа повышается при уменьшении объема по закону идеального газа (если газ при этом не охлаждается). Дизельные двигатели полагаются на это. Поршень сжимает воздух в цилиндре (см. рис. 1), сильно нагревая его. Затем дизельное топливо распыляется в форсунках, и в горячий воздух распыляется туман. Горячий воздух сразу воспламеняет топливо, обеспечивая воспламенение. ^[2]

Это воспламенение заставляет дизельное топливо сгорать с кислородом из атмосферы, что превращает химическую энергию в повышенную температуру, что позволяет газу выталкивать поршень обратно, см. рис. 1.

В холодном состоянии в дизельных двигателях используется нагретый кусок металла, называемый свечой накаливания, который способствует воспламенению дизельного топлива. ^[3]

Запуск

Запустить дизельный двигатель сложнее, чем бензиновый, поскольку дизельные двигатели воспламеняют свое топливо. Стартер дизельного двигателя должен быть достаточно мощным, чтобы сжимать газ внутри цилиндров, воспламеняя дизельно-воздушную смесь. Это требует более высокой потребляемой мощности, чем традиционный двигатель с искровым зажиганием, поэтому дизельные двигатели имеют более надежные батареи.

Детали дизельного двигателя

Блок

Блок является основой двигателя. Это большой металлический блок, обычно алюминиевый или стальной, с прорезанными в нем отверстиями для цилиндров.

Цилиндры

В цилиндрах двигателя выполняется работа. Топливо впрыскивается в цилиндры, где оно воспламеняется при сжатии дизельного топлива и воздуха, что приводит к взрыву. Этот взрыв приводит в движение поршни, совершая работу, позволяя транспортному средству двигаться вперед.

Поршни

Поршни — это устройства, которые скользят вверх и вниз внутри цилиндров. Их работа состоит в том, чтобы скользить внутрь и наружу, соединенные с коленчатым валом, чтобы сжимать воздух, впрыскиваемый в камеру — это вызывает нагрев воздуха. Объем воздуха, поступающего в камеру, сжимается примерно в 14-25 раз по сравнению с первоначальным объемом. ^[4]

Распределительный вал

основной артикул

Распределительный вал — это устройство, которое управляет синхронизацией двигателя. Работа распределительного вала заключается в регулировании подачи топлива в двигатель и выпуска выхлопных газов. Эта, казалось бы, простая работа может оказать большое влияние на работу двигателя.

Форсунки

Топливная форсунка предназначена для распыления топлива. Это означает превращение жидкого топлива в туман, что резко увеличивает площадь его поверхности. Это позволяет топливу сгорать быстрее, давая больший импульс поршню. Топливные форсунки — это улучшение по сравнению с карбюраторами, поскольку они требуют меньшего обслуживания и лучше распыляют топливо. Впрыск топлива обеспечивает более высокую эффективность двигателя, что может привести к увеличению мощности и увеличению расхода топлива.

Коленчатый вал

основной артикул

Коленчатый вал является наиболее важной частью двигателя, поскольку он соединяет части вместе и позволяет двигателю создавать мощность. Его цель состоит в том, чтобы превратить прямолинейное (вверх и вниз) движение поршней во вращательное движение. Один конец коленчатого вала прикреплен к распределительному валу через зубчатый ремень. Другой конец подключен к маховику, который регулирует мощность, выходящую из двигателя, что-то вроде защиты от перенапряжения для вашего компьютера.

Стартер

Это одно из самых больших отличий дизельного двигателя от бензинового. Поскольку дизельные двигатели воспламеняют свое топливо за счет сжатия, стартер должен быть в состоянии вызвать это сжатие, чтобы двигатель начал двигаться. Это означает, что аккумулятор автомобиля с дизельным двигателем должен быть более мощным, чем аккумулятор автомобиля с бензиновым двигателем.

Для дальнейшего чтения

• Дизельный и бензиновый двигатель
• Дизельный цикл
• Тепловая машина
• Двигатель внутреннего сгорания
• Или просмотрите случайную страницу

Ссылки

1. ↑ http://auto. howstuffworks.com/engine2.htm
2. ↑ «Как работают дизельные двигатели?», «Объясните это», 2018 г. [Онлайн]. Доступно: https://www.explainthatstuff.com/diesel-engines.html. [Доступ: 7 июня 2018 г.].
3. ↑ «Функция дизельной свечи накаливания, симптомы неисправности и стоимость замены», Советы по обслуживанию автомобиля, 2018 г. [Онлайн]. Доступно: https://cartreatments.com/diesel-glow-plug-info/. [Доступ: 07 июня 2018 г.]
4. ↑ «Как работают дизельные двигатели?», «Объясните это», 2018 г. [Онлайн]. Доступно: https://www.explainthatstuff.com/diesel-engines.html. [Доступ: 7 июня 2018 г.].

Деревенская наука: