Κύκλος λειτουργίας τετράχρονου κινητήρα - χαρακτηριστικά, διάγραμμα και περιγραφή

2024 Συγγραφέας: Howard Calhoun | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2023-12-17 10:23

Οι αυτοκινητιστές θα πρέπει τουλάχιστον σε γενικές γραμμές να γνωρίζουν πώς λειτουργεί και λειτουργεί ο κινητήρας. Τα περισσότερα αυτοκίνητα έχουν τετράχρονο, τετρακύλινδρο κινητήρα. Ας δούμε τον κύκλο λειτουργίας ενός τετράχρονου κινητήρα. Δεν γνωρίζουν όλοι ποιες διαδικασίες συμβαίνουν όταν το αυτοκίνητο είναι σε κίνηση.

Γενική αρχή δράσης

Ο κινητήρας λειτουργεί ως εξής. Το μείγμα καυσίμου εισέρχεται στον θάλαμο καύσης και στη συνέχεια συμπιέζεται υπό την επίδραση του εμβόλου. Στη συνέχεια το μείγμα αναφλέγεται. Αυτό προκαλεί διαστολή των προϊόντων της καύσης, πιέζοντας το έμβολο και βγαίνοντας από τον κύλινδρο.

Στους δίχρονους κινητήρες, μια περιστροφή του στροφαλοφόρου άξονα διαρκεί δύο κύκλους. Ένας τετράχρονος εμβολοφόρος κινητήρας ολοκληρώνει έναν κύκλο εργασίας σε δύο στροφές του στροφαλοφόρου άξονα. Οι κινητήρες είναι εξοπλισμένοι με χρονισμό. Τι είναι αυτός ο μηχανισμός; Αυτό είναι ένα στοιχείο που σας επιτρέπει να αφήσετε το μείγμα καυσίμου στους θαλάμους και να απελευθερώσετε προϊόντα καύσης από εκεί. Η ανταλλαγή αερίου πραγματοποιείται σεστιγμή μιας μόνο περιστροφής του στροφαλοφόρου άξονα. Η ανταλλαγή αερίου συμβαίνει λόγω της κίνησης του εμβόλου.

Ιστορία

Η πρώτη συσκευή που μοιάζει με τετράχρονο κινητήρα εφευρέθηκε από τους Felicce Matoczi και Eugene Barsanti. Όμως αυτή η εφεύρεση χάθηκε απίστευτα. Μόνο το 1861 κατοχυρώθηκε με δίπλωμα ευρεσιτεχνίας μια παρόμοια μονάδα.

Και ο πρώτος χρησιμοποιήσιμος κινητήρας αναπτύχθηκε από τον Γερμανό μηχανικό Nikolaus Otto. Ο κινητήρας πήρε το όνομά του από τον εφευρέτη και ο κύκλος λειτουργίας του τετράχρονου κινητήρα πήρε επίσης το όνομα του μηχανικού.

Οι κύριες διαφορές μεταξύ τετράχρονων κινητήρων

Σε έναν δίχρονο κινητήρα, οι πείροι του εμβόλου και του κυλίνδρου, ο στροφαλοφόρος άξονας, τα ρουλεμάν και οι δακτύλιοι συμπίεσης λιπαίνονται με λάδι που προστίθεται στο καύσιμο. Σε έναν τετράχρονο κινητήρα, όλα τα εξαρτήματα εγκαθίστανται σε λουτρό λαδιού. Αυτή είναι μια σημαντική διαφορά. Επομένως, σε μια τετράχρονη μονάδα, δεν χρειάζεται να αναμειγνύονται λάδια και βενζίνη.

Τα πλεονεκτήματα του συστήματος είναι ότι η ποσότητα εναποθέσεων άνθρακα στον καθρέφτη στους κυλίνδρους και στα τοιχώματα του σιγαστήρα είναι πολύ μικρότερη. Μια άλλη διαφορά είναι ότι στους δίχρονους κινητήρες, ένα εύφλεκτο μείγμα εισέρχεται στον σωλήνα εξάτμισης.

Μηχανή σε λειτουργία

Ανεξάρτητα από τον τύπο του κινητήρα, η αρχή της λειτουργίας του είναι παρόμοια. Σήμερα υπάρχουν κινητήρες καρμπυρατέρ, diesel, injection. Όλα τα μοντέλα χρησιμοποιούν τον ίδιο τετράχρονο κύκλο. Ας ρίξουμε μια πιο προσεκτική ματιά στις διεργασίες που λειτουργούν μέσα στον κινητήρα και ας τον κάνουν να κινείται.

Ένας τετράχρονος κύκλος είναι μια ακολουθία τεσσάρων κύκλων εργασίας. Ο κύκλος συνήθως λαμβάνεται ως η αρχή όταν ένα εύφλεκτο μείγμα εισέρχεται στους θαλάμους καύσης. Αν και άλλες ενέργειες λαμβάνουν χώρα στον κινητήρα κατά τη διάρκεια της ροής του, ο υποδεικνυόμενος κύκλος είναι μία διαδικασία εργασίας. Για παράδειγμα, η διαδρομή συμπίεσης δεν είναι μόνο συμπίεση. Κατά τη διάρκεια αυτής της περιόδου, το μείγμα αναμειγνύεται στους κυλίνδρους, αρχίζει ο σχηματισμός αερίου, αναφλέγεται.

Το ίδιο μπορεί να ειπωθεί και για άλλα στάδια του κινητήρα. Το πιο σημαντικό εδώ είναι ότι οι διαφορετικές διαδικασίες για την καλύτερη κατανόηση και απλοποίηση του κύκλου εργασίας ενός τετράχρονου κινητήρα αποσυντίθενται σε τέσσερις μόνο κύκλους.

Intake

Έτσι, στον θάλαμο καύσης της μονάδας ισχύος, οι κύκλοι μετατροπής ενέργειας ξεκινούν με την αντίδραση καύσης του μείγματος καυσίμου. Σε αυτή την περίπτωση, το έμβολο βρίσκεται στο υψηλότερο σημείο του (θέση TDC) και στη συνέχεια κινείται προς τα κάτω. Ως αποτέλεσμα, εμφανίζεται κενό στο θάλαμο καύσης του κινητήρα. Υπό την επιρροή του, ένα εύφλεκτο υγρό απορροφά καύσιμο. Η βαλβίδα εισαγωγής είναι στην ανοιχτή θέση και η βαλβίδα εξαγωγής είναι κλειστή.

Όταν το έμβολο αρχίζει να κινείται προς τα κάτω, η ένταση πάνω από αυτό αυξάνεται. Αυτό είναι που προκαλεί την κατάρρευση. Είναι περίπου 0,071-0,093 MPa. Έτσι, η βενζίνη εισέρχεται στον θάλαμο καύσης. Στους κινητήρες έγχυσης, το καύσιμο ψεκάζεται με ένα ακροφύσιο. Αφού το μείγμα εισέλθει στον κύλινδρο, η θερμοκρασία του μπορεί να είναι 75 έως 125 μοίρες.

Το πόσο θα γεμίσει ο κύλινδρος με το μείγμα καυσίμου καθορίζεται από τους συντελεστές πλήρωσης. Γιακινητήρες με σύστημα ισχύος καρμπυρατέρ, αυτός ο δείκτης θα είναι από 0,64 έως 0,74. Όσο υψηλότερη είναι η τιμή του συντελεστή, τόσο ισχυρότερος είναι ο κινητήρας.

συμπίεση

Μετά την πλήρωση του θαλάμου καύσης με ένα εύφλεκτο μείγμα ατμών βενζίνης και αέρα, εάν περιστραφεί ο στροφαλοφόρος άξονας, το έμβολο θα αρχίσει να επιστρέφει στην κάτω θέση του. Η βαλβίδα εισαγωγής θα αρχίσει να κλείνει σε αυτό το σημείο. Και η αποφοίτηση θα είναι ακόμα κλειστή.

Εργασιακό εγκεφαλικό

Αυτή είναι η τρίτη διαδρομή ενός τετράχρονου κινητήρα εσωτερικής καύσης. Είναι το πιο σημαντικό στη λειτουργία της μονάδας ισχύος. Σε αυτό το στάδιο της λειτουργίας του κινητήρα η ενέργεια από την καύση του καυσίμου μετατρέπεται σε μηχανική ενέργεια, η οποία κάνει τον στροφαλοφόρο άξονα να περιστρέφεται.

Όταν το έμβολο είναι κοντά στο TDC, ακόμη και κατά τη συμπίεση, το μείγμα καυσίμου αναφλέγεται με δύναμη από το μπουζί του κινητήρα. Η φόρτιση καυσίμου καίγεται πολύ γρήγορα. Ακόμη και πριν από την έναρξη αυτού του κύκλου, τα καμένα αέρια έχουν μέγιστη τιμή πίεσης. Αυτά τα αέρια είναι το ρευστό εργασίας που συμπιέζεται σε μικρό όγκο του θαλάμου καύσης του κινητήρα. Όταν το έμβολο αρχίζει να κινείται προς τα κάτω, τα αέρια αρχίζουν να διαστέλλονται γρήγορα, απελευθερώνοντας ενέργεια.

Ανάμεσα σε όλες τις διαδρομές του κύκλου εργασίας ενός τετρακύλινδρου κινητήρα, αυτή είναι η πιο χρήσιμη. Λειτουργεί με το φορτίο της μονάδας. Μόνο σε αυτό το στάδιο ο στροφαλοφόρος άξονας δέχεται επιτάχυνση. Σε όλους τους άλλους, ο κινητήρας δεν παράγει ενέργεια, αλλά την καταναλώνει από τον ίδιο στροφαλοφόρο άξονα.

Κυκλοφορία

Μετά τη δέσμευσηαέρια χρήσιμης εργασίας, πρέπει να φύγουν από τον κύλινδρο για να δημιουργηθεί χώρος για ένα νέο μέρος του μείγματος καυσίμου-αέρα. Αυτή είναι η τελευταία διαδρομή ενός τετράχρονου κινητήρα.

Τα αέρια σε αυτό το στάδιο βρίσκονται υπό πίεση σημαντικά υψηλότερη από την ατμοσφαιρική πίεση. Μέχρι το τέλος του κύκλου, η θερμοκρασία πέφτει στους 700 βαθμούς περίπου. Ο στροφαλοφόρος άξονας μετακινεί το έμβολο στο TDC μέσω μιας μπιέλας. Στη συνέχεια, η βαλβίδα εξαγωγής ανοίγει, τα αέρια ωθούνται στην ατμόσφαιρα μέσω του συστήματος εξάτμισης. Όσο για την πίεση, είναι υψηλή μόνο στην αρχή. Στο τέλος του κύκλου, μειώνεται στα 0,120 MPa. Φυσικά, είναι αδύνατο να απαλλαγούμε εντελώς από τα προϊόντα καύσης στον κύλινδρο. Επομένως, αναμιγνύονται με το μείγμα καυσίμου κατά την επόμενη διαδρομή εισαγωγής.

Εντολή εργασίας

Τα βήματα που περιγράφονται αποτελούν τον κύκλο λειτουργίας ενός τετράχρονου βενζινοκινητήρα. Πρέπει να καταλάβετε ότι δεν υπάρχουν αυστηρές αντιστοιχίες μεταξύ κύκλων και διεργασιών στους εμβολοφόρους κινητήρες. Αυτό εξηγείται εύκολα από το γεγονός ότι κατά τη λειτουργία της μονάδας ισχύος, οι φάσεις του μηχανισμού διανομής αερίου και η κατάσταση των βαλβίδων θα υπερτίθενται στις κινήσεις των εμβόλων σε διαφορετικούς κινητήρες με εντελώς διαφορετικούς τρόπους.

Σε οποιονδήποτε κύλινδρο, ο κύκλος λειτουργίας ενός τετράχρονου κινητήρα με καρμπυρατέρ εξελίσσεται με αυτόν τον τρόπο. Κάθε θάλαμος καύσης σε έναν κινητήρα χρειάζεται για την περιστροφή ενός μόνο στροφαλοφόρου άξονα που παίρνει τη δύναμη από τα έμβολα.

Αυτή η εναλλαγή ονομάζεται εντολή εργασίας. Αυτή η σειρά ορίζεται στο στάδιο σχεδιασμού της μονάδας ισχύος μέσω των χαρακτηριστικών του εκκεντροφόρου και του στροφαλοφόρου άξονα. Δεν είναιαλλαγές κατά τη λειτουργία του μηχανισμού.

Η εκτέλεση της σειράς εργασίας πραγματοποιείται με εναλλασσόμενους σπινθήρες που έρχονται στα κεριά από το σύστημα ανάφλεξης. Έτσι, ένας τετρακύλινδρος κινητήρας μπορεί να λειτουργεί με τις ακόλουθες σειρές - 1, 3, 4, 2 και 1, 2, 4, 3.

Μπορείτε να μάθετε τη σειρά με την οποία λειτουργούν οι κύλινδροι του κινητήρα από τις οδηγίες για το αυτοκίνητο. Μερικές φορές η σειρά λειτουργίας υποδεικνύεται στο σώμα του μπλοκ.

Έτσι λειτουργεί ένας τετράχρονος κινητήρας με καρμπυρατέρ ή οποιοσδήποτε άλλος. Το σύστημα τροφοδοσίας δεν επηρεάζει την αρχή λειτουργίας της μονάδας. Η μόνη διαφορά είναι ότι το καρμπυρατέρ είναι ένα σύστημα μηχανικής ισχύος που έχει ορισμένα μειονεκτήματα, και στην περίπτωση των μπεκ, αυτά τα μειονεκτήματα δεν υπάρχουν στο σύστημα.

Μηχανές ντίζελ

Ο κύκλος λειτουργίας ενός τετράχρονου κινητήρα ντίζελ είναι η ίδια ακολουθία διαδικασιών με τον κύκλο ενός κινητήρα με καρμπυρατέρ. Η διαφορά έγκειται στο πώς προχωρά ο κύκλος, καθώς και στις διαφορές στις διαδικασίες σχηματισμού μείγματος και ανάφλεξης.

Σημείο πρόσληψης ντίζελ

Όταν το έμβολο κινείται προς τα κάτω, ο μηχανισμός διανομής αερίου ανοίγει τη βαλβίδα εισαγωγής. Μια ορισμένη ποσότητα αέρα εισέρχεται στον θάλαμο καύσης. Η θερμοκρασία στον κύλινδρο είναι περίπου 80 μοίρες. Στους κινητήρες ντίζελ, το σύστημα ισχύος διαφέρει σημαντικά από τους κινητήρες με καρμπυρατέρ βενζίνης. Για παράδειγμα, η υδραυλική αντίσταση σε αυτά είναι χαμηλότερη και η πίεση αυξάνεται ελαφρά.

Διαδρομή συμπίεσης ντίζελ

Σε αυτό το στάδιο εργασίας, το έμβολοστον θάλαμο καύσης ανεβαίνει προς το TDC. Και οι δύο βαλβίδες στον κινητήρα του αυτοκινήτου είναι σε κλειστή κατάσταση. Ως αποτέλεσμα της λειτουργίας του εμβόλου, ο αέρας στον κύλινδρο συμπιέζεται. Ο λόγος συμπίεσης σε έναν κινητήρα ντίζελ είναι υψηλότερος από ό,τι στους βενζινοκινητήρες και η πίεση μέσα στον κύλινδρο μπορεί να φτάσει τα 5 MPa. Ο πεπιεσμένος αέρας θερμαίνεται σημαντικά. Η θερμοκρασία μπορεί να φτάσει τους 700 βαθμούς. Αυτό είναι απαραίτητο για την ανάφλεξη του καυσίμου. Παρέχεται σε κινητήρες ντίζελ μέσω ακροφυσίων που είναι εγκατεστημένα σε κάθε κύλινδρο. Το χειμώνα χρησιμοποιούνται προθερμαντήρες. Προθερμαίνουν το κρύο μείγμα. Αυτό διευκολύνει την εκκίνηση του κινητήρα το χειμώνα. Αλλά δεν έχουν όλα τα αυτοκίνητα τέτοιο σύστημα.

Η διαδρομή διαστολής αερίου σε κινητήρα ντίζελ

Όταν το έμβολο του κινητήρα ντίζελ δεν έχει φτάσει ακόμη στο ανώτερο σημείο κατά περίπου 30 μοίρες στον στροφαλοφόρο άξονα, η αντλία ψεκασμού παρέχει καύσιμο υψηλής πίεσης στον κύλινδρο μέσω του ακροφυσίου. Είναι απαραίτητη μια τιμή 18 MPa ώστε το καύσιμο να μπορεί να ψεκαστεί και να διανεμηθεί σε όλο τον όγκο στον κύλινδρο.

Επιπλέον, το καύσιμο υπό την επίδραση υψηλών θερμοκρασιών αναφλέγεται και καίγεται γρήγορα. Το έμβολο κινείται στο χαμηλότερο σημείο. Η θερμοκρασία μέσα στον κύλινδρο αυτή τη στιγμή είναι περίπου 2000 μοίρες. Η θερμοκρασία πέφτει προς το τέλος του κύκλου.

Εξάτμιση ντίζελ

Σε αυτό το στάδιο, η βαλβίδα εξαγωγής είναι ανοιχτή, το έμβολο κινείται στο επάνω σημείο. Τα προϊόντα καύσης αφαιρούνται αναγκαστικά από τον κύλινδρο. Στη συνέχεια πηγαίνουν στην πολλαπλή εξαγωγής. Μετά από αυτό για να εργαστείτεο καταλυτικός μετατροπέας είναι ενεργοποιημένος. Τα αέρια που διέρχονται από αυτό σε υψηλή θερμοκρασία καθαρίζονται. Καθαρό, αβλαβές αέριο έχει ήδη απελευθερωθεί στην ατμόσφαιρα. Στα πετρελαιοκίνητα οχήματα, τοποθετείται επιπλέον φίλτρο σωματιδίων. Βοηθά επίσης στον καθαρισμό των αερίων.

Συμπέρασμα

Έχουμε αναλύσει λεπτομερώς πώς εκτελείται ο κύκλος εργασίας ενός τετράχρονου κινητήρα (χρειάζονται δύο στροφές του στροφαλοφόρου άξονα του εργοστασίου). Και ο ίδιος ο κύκλος περιλαμβάνει πολλές διαφορετικές διαδικασίες.