сообщение №883

Классификация и циклы двигателей

На современных автомобилях устанавливают поршневые двигатели внутреннего сгорания, в которых топливо сжигается внутри рабочего цилиндра. По способу смесеобразования и воспламенения топлива поршневые двигатели внутреннего сгорания разделяются на две группы:

  1. с внешним смесеобразованием и принудительным зажиганием от электрической искры (карбюраторные и газовые);
  2. с внутренним смесеобразованием и воспламенением от соприкосновения с воздухом, сильно нагретым в цилиндре путем высокого сжатия (двигатели с воспламенением от сжатия или дизельные).
Рис. 1. Индикаторная диаграмма четырехтактного карбюраторного двигателя: 1 — начало такта сжатия; 2 — момент зажигания смеси; 3 — конец такта сжатия;
Рис. 1. Индикаторная диаграмма четырехтактного карбюраторного двигателя: 1 — начало такта сжатия; 2 — момент зажигания смеси; 3 — конец такта сжатия; 4 — точка максимального давления газов; 5 — начало открытия выпускного клапана; 6 — конец расширения газов; 7 — конец такта выпуска; Va — полный объем цилиндра; Vh — рабочий объем цилиндра; Vc — объем камеры сгорания; S — ход поршня

Рабочим циклом называется ряд последовательных процессов, периодически повторяющихся в каждом цилиндре двигателя во время его работы. Изображение рабочего цикла в виде замкнутой кривой, показывающей изменение давления газов в течение цикла в зависимости от положения поршня в цилиндре, называется индикаторной диаграммой. Такую диаграмму снимают во время работы двигателя, используя прибор, называемый индикатором.

На индикаторной диаграмме четырехтактного карбюраторного двигателя (рис. 1) по горизонтальной оси отложен объем цилиндра V в кубических сантиметрах (или ход поршня S в миллиметрах), а по вертикальной оси — давление газов в цилиндре p в килограммах на квадратный сантиметр. Изменение давления газов в цилиндре при разных тактах цикла можно проследить по положению основных точек индикаторной диаграммы.

При такте впуска (линия 7—1) цилиндр наполняется горючей смесью. Чем лучше наполнение цилиндра, тем выше мощность двигателя.

Давление в цилиндре при впуске ниже атмосферного (0,7—0,9 кг/см2) вследствие сопротивления воздушного фильтра, карбюратора, впускного трубопровода и клапанов. Температура смеси в конце впуска 75—125° C.

Такт сжатия (линия 1—2—3). При сжатии рабочей смеси 1 температура и давление в цилиндре повышаются. Давление в конце такта сжатия (точка 3) тем больше, чем выше степень сжатия. При степени сжатия в карбюраторных автомобильных двигателях, равной 6—9, давление в конце такта сжатия равно 7—12 кг/см2, а температура газов — 350—400° C.

Линия 3—4—5—6 на индикаторной диаграмме соответствует такту сгорания — расширения.

Чем выше скорость горения (в допустимых пределах), тем больше мощность двигателя. Скорость горения зависит от качества топлива, состава и степени завихрения рабочей смеси и ее температуры, степени сжатия, опережения зажигания и количества остаточных газов, оставшихся в цилиндре от предыдущего цикла.

В конце сгорания (точка 4) давление газов повышается до 30—40 кг/см2, а температура — до 2200—2500° C.

Расширение начинается после достижения газами максимального давления (точка 4): газы при этом оказывают давление на поршень и совершают полезную работу. К концу расширения (точка 6) давление газов в цилиндре уменьшается до 3—5 кг/см2, температура снижается до 1000—1200° C.

Линия 6—7 соответствует такту выпуска. Для лучшей очистки цилиндра выпускной клапан открывается до н.м.т. (точка 5). Процесс выпуска протекает при давлении выше атмосферного, которое к концу такта снижается до 1,1—1,2 кг/см2, температура к этому моменту уменьшается до 700—800° C.

Рис. 2. Индикаторная диаграмма четырехтактного дизельного двигателя ЯМЗ-236, ЯМЗ-238, ЯМЗ-240
Рис. 2. Индикаторная диаграмма четырехтактного дизельного двигателя ЯМЗ-236, ЯМЗ-238, ЯМЗ-240

В четырехтактном дизельном двигателе (рис.2) при такте впуска (линия 7—1) в цилиндр поступает воздух. В связи с меньшим сопротивлением впускной системы (отсутствие карбюраторов) давление при впуске несколько выше (0,85—0,95 кг/см2), чем в карбюраторном двигателе, а температура ниже (40—60° C).

Такт сжатия (линия 1—2—3). Так как степень сжатия в дизельном двигателе составляет 16,5, давление в конце сжатия (точка 3) повышается до 38—43 кг/см2, а температура воздуха — до 620—680° C.

Такт сгорания — расширения (линия 3—4—5—6). Форсунка начинает впрыскивать топливо до в.м.т. (точка 2), поэтому большая часть топлива сгорает до прихода поршня в в.м.т. Угол опережения впрыска имеет наибольшее значение (31—32°) при максимальном числе оборотов коленчатого вала.

Давление газов в конце сгорания (точка 4) достигает 73—79 кг/см2, температура 1700—1800° C. Давление к концу расширения (точка 6) снижается до 3—4 кг/см2, а температура — до 600—650° C.

Так как воздух в дизельном двигателе предварительно не подогревается и часть тепла топлива расходуется на подогрев подаваемого в цилиндр избыточного воздуха, то температура при сгорании — расширении в дизельном двигателе ниже, чем в карбюраторном.

Такт выпуска (линия 6—7). Выпускной клапан открывается за 56° до н.м.т. (точка 5). После н.м.т. (точка 6) давление газов быстро снижается до 1,1—1,2 кг/см2 и до конца выпуска (точка 7) остается постоянным.

1 Рабочей смесью называют смесь, образующуюся в цилиндре двигателя при смешивании поступающей в него при такте впуска горючей смеси с остаточными газами (сгоревшими газами, оставшимися от предыдущего цикла).

В.М. Кленников, Н.М. Ильин

Статья из книги «Устройство грузового автомобиля». Читайте также другие статьи из

Глава «Элементы теории двигателя внутреннего сгорания»: