Класификация и цикли на двигателите, Автомобилен двигател

Топлинните двигатели се делят на:

бутални двигатели с вътрешно горене
газова турбина
реактивен

На съвременните автомобили се монтират бутални двигатели с вътрешно горене, в които горивото се изгаря вътре в работния цилиндър.

Но според метода на образуване на смес и запалване на гориво, буталните двигатели с вътрешно горене се разделят на две групи:

а) с външно смесване и принудително запалване от електрическа искра (карбуратор и газ)
б) с образуване на вътрешна смес и запалване от контакт с въздух, силно нагрят в цилиндъра чрез висока компресия (двигатели с компресионно запалване или дизелови двигатели)

Работният цикъл е поредица от последователни процеси, които периодично се повтарят във всеки цилиндър на двигателя по време на неговата работа.

Изображението на работния цикъл под формата на затворена крива, изтръпване на промяната на налягането на газа по време на цикъла, в зависимост от положението на буталото в цилиндъра, се нарича индикаторна диаграма. Такава диаграма се прави, докато двигателят работи, като се използва инструмент, наречен индикатор.

Ориз. Индикаторна схема на четиритактов карбураторен двигател: 1 - началото на такта на компресия; 2 - моментът на запалване на сместа; 3 - краен, компресионен ход; 4 - точка на максимално налягане на газа; 5 - началото на отварянето на изпускателния клапан; 6 - край на разширяването на газа; 7 - край на освобождаващия ход; Vа — пълен обем на цилиндъра; Vh е работният обем на цилиндъра; Vc е обемът на горивната камера; S - ход на буталото

Четиритактов работен цикъл

Фигурата показва диаграмата на индикатора на четиритактов карбураторен двигател, заснет, когато той работи на максимална мощност. Тукхоризонталната ос показва обема на цилиндъра V в кубични сантиметри (или ход), а вертикалната ос показва налягането на газовете в цилиндъра p в килограми на квадратен сантиметър. Промяната в налягането на газа в цилиндъра при различни цикли на цикъла може да се проследи чрез позицията на основните точки на индикаторната диаграма,

По време на такта на всмукване (линия 7-1) цилиндърът се пълни с горима смес. Колкото по-добре е пълненето на цилиндъра, толкова по-висока е мощността на двигателя.

Коефициент на пълнене е съотношението на теглото на горимата смес, действително влязла в цилиндъра, към теглото на горимата смес, която може да запълни работния обем на цилиндъра при атмосферно налягане и температура на околната среда 20 °C. Стойността на съотношението на пълнене при пълно отваряне на дросела на карбуратора и средния брой обороти на коляновия вал е 0,75-0,85; когато дроселът е затворен, коефициентът на пълнене намалява и при ниски обороти на празен ход достига 0,20.

Налягането в цилиндъра на входа (линия 7-1) е под атмосферното (0,7-0,9 kg / cm2) поради съпротивлението на въздушния филтър, карбуратора, всмукателните тръби и клапаните. Температурата на сместа в края на входа е 75-125°C.

Компресионен ход (ред 1-2-3). Когато работната смес се компресира, температурата и налягането се повишават. Налягането в края на такта на компресия (точка 3) е толкова по-голямо, колкото по-високо е съотношението на компресия. При съотношение на компресия в карбураторни автомобилни двигатели, равно на 6-9, налягането в края на такта на компресия е 7-12 kg / cm2, а температурата на газа е 350-400 ° C.

Такт "горене-разширяване" (линия 3-4-5-6). На индикаторната диаграма линията на горене (3-4) се отклонява от вертикалата надясно, т.е. горенето приключва, когато буталото леко се отдалечи от горната мъртва точка.

Колкото по-висока е скоростта на горене (в приемливи граници), толкова по-голяма е мощността на двигателя.Скоростта на горене зависи от качеството на горивото, състава и степента на завихряне на работната смес и нейната температура, степента на компресия, времето на запалване и коефициента на остатъчни газове.

В края на горенето (точка 4) налягането на газа се повишава до 30–40 kg/cm2, а температурата се повишава до 2200–2500°C.

Разширяването започва след като газовете достигнат максимално налягане (точка 4); газовете упражняват натиск върху буталото и извършват полезна работа. До края на разширението (точка 6) налягането на газа в цилиндъра намалява до 3–5 kg/cm2, а температурата пада до 1000–1200°C.

Ход на освобождаване (ред 6-7). За по-добро почистване на цилиндъра изпускателният клапан се отваря на н.м.т. (точка 5). Процесът на освобождаване се извършва при налягане над атмосферното, което до края на цикъла намалява до 1,1-1,2 kg / cm2; температурата в този момент намалява до 700-800°C.

На новите модели автомобили на автомобилните заводи в Минск и Кременчуг са инсталирани четиритактови дизелови двигатели YaMZ-236 и YaME-238; индикаторната диаграма на такива двигатели е показана на фигурата:

Ориз. Диаграма на индикатора на четиритактов дизелов двигател: 1 - началото на такта на компресия; 2 - моментът на впръскване на гориво; 3 - краят на хода на компресия; 4 - точка на максимално налягане на газа; 5 - началото на отварянето на изпускателния клапан; 6 - краят на разширяването на газовете; 7 край на изпускателния ход

По време на такта на всмукване (линия 7-1) въздухът навлиза в цилиндъра. Поради по-ниското съпротивление на всмукателната система (отсъствието на карбуратори), входящото налягане е малко по-високо (0,85-0,95 kg / cm2), отколкото в карбураторния двигател, а температурата е по-ниска (40-60 ° C).

Компресионен ход (ред 1-2-3). Тъй като степента на компресия в дизеловите двигатели YaMZ е 16,5, налягането в края на компресията (точка 3) се повишава до 40–42 kg/cm2, а температурата на въздуха се повишава до740–800°С.

Такт "горене-разширяване" (линия 3-4-5-6). Инжекторът започва да впръсква гориво 20° преди TDC. (точка 2), така че по-голямата част от горивото изгаря преди буталото да стигне до TDC. (ред 3-4). Времето, отделено в дизелов двигател за образуване на горима смес, е 20-30 пъти по-малко, отколкото в карбураторен двигател, следователно за пълно изгаряне на горивото трябва да се въведе повишено количество въздух.

Налягането на газа в края на горенето (точка 4) достига 74–80 kg/cm2, а температурата е 1700–2000°C. Налягането в края на разширението (точка 6) намалява до 3–4 kg/cm2, а температурата до 800–900°C.

Тъй като въздухът в дизеловите двигатели не се загрява предварително и част от топлината на горивото се изразходва за нагряване на излишния въздух, подаден към цилиндъра, температурата на изгаряне-разширение в дизеловите двигатели е по-ниска, отколкото в карбураторните.

Ход на освобождаване (ред 6-7). Изпускателният клапан се отваря на 56° пр.н.е. (точка 5). След н.м.т. (точка 6), налягането на газа бързо намалява до 1,1-1,2 kg/cm2 и остава постоянно до края на изхода (точка 7). Температурата на изхода е 600-700°C.

Двустранен работен цикъл

Ориз. Индикаторна схема на двутактов дизелов двигател с директно продухване: 1 - началото на такта на компресия; 2 - моментът на затваряне на продухващите отвори; 3 - моментът на затваряне на изпускателните клапани; 4 - моментът на впръскване на гориво. 5 - началото на горенето; 6 - точка на максимално налягане на газа; 7 - началото на отварянето на изпускателните клапани; 8 - моментът на отваряне на продухващите отвори

Фигурата показва индикаторна диаграма на двутактови дизелови двигатели с продухване с директен поток (YAZ-M204A и YAZ-M206A), монтирани на автомобили MAZ-200, KrAZ-219 и техните модификации. Тъй като този двигател има вентилатор, цялатадиаграмата се намира над линията на барометричното налягане.

Първи ход. Когато буталото е в t.d.c. (точка 1), налягането на въздуха в цилиндъра е около 1,5 kg/cm2, температурата е 90°C, продухващите отвори и изпускателните клапани са отворени, цилиндърът е продухан и напълнен с въздух. При движение на буталото от н.м.т. към w.m.t. ръбът на короната на буталото покрива вентилационните отвори (точка 2; 46° след n.m.t.), в точка 3 (54° след n.m.t.) изпускателните клапани се затварят и започва компресирането на въздуха. В края на такта горивото се впръсква под налягане до 1400 kg/cm2 (точка 4) в цилиндър, пълен с въздух, сгъстен до налягане 50 kg/cm2 и загрят до температура 600–700°C. Изгарянето (ред 5-6) протича при почти постоянен обем. Налягането в края на горенето (точка 6) достига 70–100 kg/cm2, а температурата е 1800°C.

Втори такт. Буталото се движи от T.D.C. до n.m.t., има разширение на газовете. В края на разширението, при налягане около 5–6 kg/cm2 и температура 800°C (точка 7, 85° BC), изпускателните клапани се отварят, а след това и продухващите тръби (точка 8; 46° BC); отработените газове се отделят и цилиндърът се продухва с въздух.

При двутактовите двигатели процесът на горене-разширяване възниква при всяко завъртане на коляновия вал, т.е. два пъти повече от четиритактовите, така че двутактов двигател със същия работен обем на цилиндрите като четиритактовия двигател има повече мощност и със същия брой цилиндри по-добра равномерност на хода. Недостатъкът на двутактовите дизелови двигатели е, че при намаляване на скоростта на въртене на коляновия вал се влошават процесите на отработените газове и всмукването на свеж въздух, поради което двигателите не могат да работят дълго време при ниски обороти на коляновия вал.