Question

Как происходит рабочий цикл в двигателях внутреннего сгорания

Answer 1

В автомобилях применяются двигатели внутреннего сгорания (ДВС) названные так потому, что сгорание топлива происходит непосредственно в цилиндре. Основными деталями ДВС, кроме цилиндра, являются поршень, шатун, коленчатый вал. На кривошипе коленчатого вала подвижно закрепляется шатун. К верхней головке шатуна шарнирно, с помощью пальца, крепится поршень. Цилиндр сверху закрывается крышкой, которая называется головкой цилиндра. В головке имеется углубление, называемое камерой сгорания. Также в головке имеются впускное и выпускное отверстия, закрываемые клапанами. К коленчатому валу крепится маховик – массивный круглый диск.

При вращении коленвала происходит перемещение поршня внутри цилиндра. Крайнее верхнее положение поршня называется верхней мертвой точкой (В.М.Т.), крайнее нижнее положение – нижней мертвой точкой (Н.М.Т.). Расстояние, которое проходит поршень между мертвыми точками, называется ходом поршня. Пространство, находящееся над поршнем, когда он находится в н.м.т., называется рабочим объемом цилиндра. Когда поршень находится в в.м.т., над ним остается пространство, называемое объемом камеры сгорания. Сумма рабочего объема и объема камеры сгорания называются полным объемом цилиндра. В технических данных объем указывается в литрах или кубических сантиметрах. Объем многоцилиндрового двигателя равен сумме полных объемов всех его цилиндров. Отношение полного объема цилиндра к объему камеры сгорания называется степенью сжатия двигателя. Она показывает, во сколько раз сжимается рабочая смесь в цилиндре.

Параметры КШМ Рабочий цикл Рабочий цикл одноцилиндрового двигателя Порядок работы цилиндров

Один ход поршня от одной мертвой точке к другой называется тактом. Коленвал при этом совершает полоборота. Как работает ДВС? Во время первого такта происходит впуск горючей смеси в цилиндр. Клапан впускного отверстия открыт, выпускного – закрыт. Поршень, перемещаясь от в.м.т к н.м.т, подобно насосу, создает разряжение в цилиндре и топливо, перемешанное с воздухом, заполняет его.

Во время второго такта, при движении поршня от н.м.т. к в.м.т., происходит сжатие горючей смеси. При этом и выпускной, и впускной клапаны закрыты. В результате давление и температура в цилиндре повышаются. В конце такта сжатия, при приближении поршня к в.м.т., горючая смесь поджигается искрой от свечи зажигания (в бензиновых ДВС) или самовоспламеняется от сжатия (в дизельных ДВС).

Во время третьего такта происходит сгорание рабочей смеси. Клапана остаются закрытыми. Воспламенившаяся рабочая смесь резко повышает температуру и давление в цилиндре, которое заставляет поршень с усилием двигаться вниз. Поршень через шатун передает усилие на коленвал, создавая на нем крутящий момент. Таким образом, происходит преобразование энергии сгорания топлива в механическую энергию, которая двигает автомобиль. Поэтому этот такт называется рабочим ходом. Маховик, закрепленный на коленчатом валу, запасает энергию, обеспечивая вращение коленвала за счет сил инерции во время подготовительных тактов.

В ходе четвертого такта происходит выпуск отработанных газов и очистка цилиндра. Поршень, двигаясь от н.м.т. к в.м.т., выталкивает продукты горения через открытый выпускной клапан.

Далее весь процесс повторяется. Таким образом, рабочий цикл описанного ДВС происходит за четыре такта. Поэтому он и называется четырехтактным. Коленвал за это время совершает два оборота. Существуют и двухтактные двигатели, в которых рабочий цикл происходит за два такта. Однако такие ДВС в настоящее время на автомобилях практически не применяются.

Для плавной работы многоцилиндрового двигателя и уменьшения неравномерных нагрузок на коленчатый вал такты рабочего хода в разных цилиндрах должны происходить в определенной последовательности. Такая последовательность называется порядком работы двигателя. Он определяется расположением шеек коленчатого вала и кулачков распределительного вала. Например, в двигателях ВАЗ порядок работы 1-3-4-2. Так как в четырехтактном двигателе полный цикл в каждом цилиндре совершается за два оборота коленчатого вала, то, следовательно, в четырехцилиндровом двигателе для равномерной его работы за каждые пол-оборота коленчатого вала в одном из цилиндров должен происходить рабочий такт.

Рассмотренные детали составляют в совокупности кривошипно-шатунный механизм. Кроме него, для обеспечения работы ДВС нужны газораспределительный механизм, система охлаждения, система смазки, система питания и система зажигания (в бензиновых двигателях).

Газораспределительный механизм, управляя работой клапанов, обеспечивает своевременное их открытие и закрытие. Система охлаждения отводит тепло от деталей двигателя, нагревающихся при работе. Система смазки подает масло к трущимся поверхностям. Система питания служит для приготовления рабочей смеси и подачи ее в цилиндры. Система зажигания преобразует низковольтное напряжение от АКБ в высоковольтное и подает его на свечи для воспламенения рабочей смеси.

Answer 2

Рабочий цикл в двигателях внутреннего сгорания описывает последовательность процессов, которые происходят внутри двигателя для преобразования химической энергии топлива в механическую работу. Существует два основных типа двигателей внутреннего сгорания: двигатели с внутренним смешиванием (двигатели Otto) и двигатели с внутренним зажиганием (двигатели Diesel).

1. Двигатели Otto (бензиновые двигатели):

   • Впуск: Смесь воздуха и топливо (бензина) впрыскивается во впускной коллектор и попадает в цилиндр двигателя, который находится в верхнем положении.
   • Сжатие: Впускные и выпускные клапаны закрываются, а поршень начинает двигаться вниз, сжимая смесь до высокого давления и температуры.
   • Рабочий ход: В это время зажигание искровой свечи создает искру, которая воспламеняет сжатую смесь, вызывая взрыв и увеличение давления. Это приводит к движению поршня вниз и передаче механической энергии через шатун и коленчатый вал.
   • Выпуск: После завершения рабочего хода, выпускные клапаны открываются, и отработавшие газы выходят из цилиндра и попадают в выпускной коллектор.

2. Двигатели Diesel (дизельные двигатели):

   • Впуск: Только воздух впрыскивается во впускной коллектор, проходит через открытые впускные клапаны и попадает в цилиндр.
   • Сжатие: Воздух сжимается поршнем, который движется вниз, поднимая давление и температуру воздуха до достаточного уровня для самовозгорания.
   • Впрыск топлива: В момент, когда сжатие достигает максимума, топливо (дизельное топливо) впрыскивается в цилиндр в виде тонких распыленных струй, где оно самовозгорается от высокой температуры сжатого воздуха.
   • Рабочий ход: При самовозгорании топлива происходит быстрое сжигание, которое создает высокое давление газов, расширяющихся в цилиндре, и движение поршня вниз.
   • Выпуск: Как и в двигателях Otto, после окончания рабочего хода, выпускные клапаны открываются, и отработанные газы выбрасываются из цилиндра в выпускной коллектор.

Обратите внимание, что это общее описание рабочего цикла и что в реальных двигателях есть много других деталей и компонентов, которые обеспечивают правильное функционирование и эффективность. Также стоит отметить, что некоторые двигатели могут использовать вспомогательные системы, такие как турбонаддув или компрессоры, для увеличения производительности.