Pracovný cyklus štvortaktného motora – vlastnosti, schéma a popis

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Naposledy zmenené: 2023-12-17 10:39

Motoristi by mali aspoň vo všeobecnosti vedieť, ako motor funguje a funguje. Väčšina áut má štvortaktný štvorvalcový motor. Pozrime sa na pracovný cyklus štvortaktného motora. Nie každý vie, aké procesy prebiehajú, keď je auto v pohybe.

Všeobecný princíp konania

Motor funguje nasledovne. Palivová zmes vstupuje do spaľovacej komory, potom je stlačená pod vplyvom piestu. Zmes sa potom zapáli. To spôsobí, že sa produkty spaľovania roztiahnu, tlačia na piest a opúšťajú valec.

V dvojtaktných motoroch jedna otáčka kľukového hriadeľa trvá dva cykly. Štvortaktný piestový motor dokončí pracovný cyklus v dvoch otáčkach kľukového hriadeľa. Motory sú vybavené časovaním. Aký je tento mechanizmus? Ide o prvok, ktorý umožňuje pustiť palivovú zmes do komôr a odtiaľ uvoľňovať produkty spaľovania. Výmena plynu sa vykonáva vmoment jednej otáčky kľukového hriadeľa. K výmene plynu dochádza v dôsledku pohybu piestu.

História

Prvé zariadenie pripomínajúce štvortaktný motor vynašli Felicce Matoczi a Eugene Barsanti. Ale tento vynález bol neuveriteľne stratený. Až v roku 1861 bola podobná jednotka patentovaná.

A prvý použiteľný motor vyvinul nemecký inžinier Nikolaus Otto. Motor je pomenovaný po vynálezcovi a pracovný cyklus štvortaktného motora je tiež pomenovaný po inžinierovi.

Hlavné rozdiely medzi štvortaktnými motormi

V dvojtaktnom motore sú čapy piestu a valca, kľukový hriadeľ, ložiská a kompresné krúžky mazané olejom pridávaným do paliva. V štvortaktnom motore sú všetky komponenty inštalované v olejovom kúpeli. To je podstatný rozdiel. Preto v štvortaktnej jednotke nie je potrebné miešať oleje a benzín.

Výhody systému spočívajú v tom, že množstvo uhlíkových usadenín na zrkadlách vo valcoch a na stenách tlmiča je oveľa menšie. Ďalším rozdielom je, že pri dvojtaktných motoroch sa horľavá zmes dostáva do výfukového potrubia.

Motor beží

Princíp jeho činnosti je bez ohľadu na typ motora podobný. Dnes existujú karburátorové motory, diesel, vstrekovanie. Všetky modely používajú rovnaký štvortaktný cyklus. Pozrime sa bližšie na to, aké procesy fungujú vo vnútri motora a uvedú ho do pohybu.

Štvortaktný cyklus je sekvencia štyroch pracovných cyklov. Cyklus sa zvyčajne berie ako začiatok, keď horľavá zmes vstupuje do spaľovacích komôr. Aj keď v motore počas jeho prúdenia prebiehajú ďalšie úkony, indikovaný cyklus je jeden pracovný proces. Napríklad kompresný zdvih nie je len kompresia. Počas tohto obdobia sa zmes premiešava vo valcoch, začne sa tvoriť plyn, ten sa zapáli.

To isté sa dá povedať o ďalších stupňoch motora. Najdôležitejšie tu je, že rôzne procesy pre lepšie pochopenie a zjednodušenie pracovného cyklu štvortaktného motora sú rozložené iba do štyroch cyklov.

Príjem

Takže v spaľovacej komore pohonnej jednotky sa cykly premeny energie začínajú spaľovacou reakciou palivovej zmesi. V tomto prípade je piest vo svojom najvyššom bode (poloha TDC) a potom sa pohybuje nadol. V dôsledku toho vzniká v spaľovacej komore motora vákuum. Pod jeho vplyvom horľavá kvapalina nasáva palivo. Nasávací ventil je v otvorenej polohe a výfukový ventil je zatvorený.

Keď sa piest začne pohybovať nadol, objem nad ním sa zvýši. To je to, čo spôsobuje rozpad. Je to približne 0,071-0,093 MPa. Benzín tak vstupuje do spaľovacej komory. V vstrekovacích motoroch sa palivo vstrekuje dýzou. Keď zmes vstúpi do valca, jej teplota môže byť 75 až 125 stupňov.

Nakoľko bude valec naplnený palivovou zmesou, je určené faktormi plnenia. Premotory s karburátorovým pohonným systémom bude tento ukazovateľ od 0,64 do 0,74. Čím vyššia hodnota koeficientu, tým výkonnejší motor.

Kompresia

Po naplnení spaľovacej komory horľavou zmesou benzínových pár a vzduchu, ak sa kľukový hriadeľ otáča, piest sa začne vracať do spodnej polohy. Nasávací ventil sa v tomto bode začne zatvárať. A promócie budú stále zatvorené.

Pracovný zdvih

Toto je tretí zdvih štvortaktného spaľovacieho motora. Je to najdôležitejšie pri prevádzke pohonnej jednotky. Práve v tomto štádiu chodu motora sa energia zo spaľovania paliva premieňa na mechanickú energiu, vďaka ktorej sa kľukový hriadeľ otáča.

Keď je piest blízko TDC, dokonca aj počas kompresie, je palivová zmes násilne zapálená zapaľovacou sviečkou motora. Náplň paliva veľmi rýchlo vyhorí. Už pred začiatkom tohto cyklu majú spálené plyny maximálnu hodnotu tlaku. Tieto plyny sú pracovnou tekutinou stlačenou v malom objeme spaľovacej komory motora. Keď sa piest začne pohybovať nadol, plyny sa začnú rýchlo rozširovať a uvoľňujú energiu.

Zo všetkých zdvihov pracovného cyklu štvorvalcového motora je tento najužitočnejší. Funguje pri zaťažení jednotky. Iba v tejto fáze dostane kľukový hriadeľ zrýchľujúce zrýchlenie. Vo všetkých ostatných motor energiu nevyrába, ale spotrebúva ju z rovnakého kľukového hriadeľa.

Vydanie

Po potvrdeníplyny užitočnej práce, musia opustiť valec, aby uvoľnili miesto pre novú časť zmesi paliva a vzduchu. Toto je posledný zdvih štvortaktného motora.

Plyny sú v tomto štádiu pod tlakom výrazne vyšším ako atmosférický tlak. Na konci cyklu teplota klesne na približne 700 stupňov. Kľukový hriadeľ posúva piest do TDC pomocou ojnice. Ďalej sa otvorí výfukový ventil, plyny sú vytlačené do atmosféry cez výfukový systém. Čo sa týka tlaku, ten je vysoký len na samom začiatku. Na konci cyklu klesá na 0,120 MPa. Prirodzene, nie je možné úplne sa zbaviť produktov spaľovania vo valci. Preto sa pri ďalšom nasávacom zdvihu zmiešajú s palivovou zmesou.

Pracovný poriadok

Popísané kroky tvoria prevádzkový cyklus štvortaktného benzínového motora. Musíte pochopiť, že medzi cyklami a procesmi v piestových motoroch neexistujú žiadne prísne zhody. To sa dá ľahko vysvetliť skutočnosťou, že počas prevádzky pohonnej jednotky sa fázy mechanizmu distribúcie plynu a stav ventilov prekrývajú s pohybmi piestov v rôznych motoroch úplne odlišným spôsobom.

V každom valci prebieha pracovný cyklus štvortaktného karburátorového motora týmto spôsobom. Každá spaľovacia komora v motore je potrebná na otáčanie jedného kľukového hriadeľa, ktorý odoberá silu z piestov.

Táto zmena sa nazýva pracovný príkaz. Toto poradie je nastavené vo fáze návrhu pohonnej jednotky prostredníctvom vlastností vačkového hriadeľa a kľukového hriadeľa. On nie jezmeny počas prevádzky mechanizmu.

Implementácia poradia práce sa vykonáva striedavými iskrami, ktoré prichádzajú do sviečok zo zapaľovacieho systému. Štvorvalcový motor teda môže bežať v nasledujúcich poradí - 1, 3, 4, 2 a 1, 2, 4, 3.

Poradie, v akom pracujú valce motora, zistíte z návodu k autu. Niekedy je poradie činnosti uvedené na tele bloku.

Takto funguje štvortaktný karburátorový motor alebo akýkoľvek iný. Systém napájania neovplyvňuje princíp činnosti jednotky. Jediný rozdiel je v tom, že karburátor je mechanický energetický systém, ktorý má určité nevýhody a v prípade vstrekovačov tieto nevýhody v systéme nie sú.

Dieselové motory

Pracovný cyklus štvortaktného dieselového motora je rovnaký sled procesov ako cyklus motora s karburátorom. Rozdiel spočíva v tom, ako cyklus prebieha, ako aj v rozdieloch v procesoch tvorby zmesi a vznietenia.

Nasávací zdvih nafty

Keď sa piest pohybuje nadol, mechanizmus distribúcie plynu otvorí sací ventil. Do spaľovacej komory vstupuje určité množstvo vzduchu. Teplota vo valci je asi 80 stupňov. V dieselových motoroch sa energetický systém výrazne líši od benzínových karburátorových motorov. Napríklad hydraulický odpor v nich je nižší a tlak mierne stúpa.

Naftový kompresný zdvih

V tejto fáze práce piestv spaľovacej komore stúpa smerom k TDC. Oba ventily v motore auta sú v uzavretom stave. V dôsledku činnosti piestu je vzduch vo valci stlačený. Kompresný pomer v dieselovom motore je vyšší ako v benzínových motoroch a tlak vo valci môže dosiahnuť 5 MPa. Stlačený vzduch sa výrazne zahrieva. Teploty môžu dosiahnuť 700 stupňov. To je potrebné na zapálenie paliva. Dodáva sa do dieselových motorov cez dýzy inštalované na každom valci. V zime sa používajú žeraviace sviečky. Predhrievajú studenú zmes. To uľahčuje štartovanie motora v zime. Ale nie všetky autá majú takýto systém.

Zdvih plynu v dieselovom motore

Keď piest naftového motora ešte nedosiahol horný bod o približne 30 stupňov na kľukovom hriadeli, vstrekovacie čerpadlo dodáva vysokotlakové palivo do valca cez dýzu. Hodnota 18 MPa je potrebná, aby sa palivo mohlo jemne rozprášiť a rozložiť po celom objeme vo valci.

Navyše, palivo sa vplyvom vysokých teplôt rýchlo vznieti a horí. Piest sa pohybuje do najnižšieho bodu. Teplota vo vnútri valca je v tomto okamihu asi 2000 stupňov. Teplota ku koncu cyklu klesá.

Naftový výfuk

V tejto fáze je výfukový ventil otvorený, piest sa pohybuje do horného bodu. Splodiny horenia sú z valca násilne odstránené. Potom idú do výfukového potrubia. Potom do prácekatalyzátor je zapnutý. Plyny prechádzajúce cez ňu pri vysokej teplote sa čistia. Čistý, neškodný plyn sa už uvoľňuje do atmosféry. Na dieselových vozidlách je dodatočne inštalovaný filter pevných častíc. Pomáha tiež čistiť plyny.

Záver

Podrobne sme analyzovali, ako prebieha pracovný cyklus štvortaktného motora (treba dve otáčky kľukového hriadeľa elektrárne). A samotný cyklus zahŕňa mnoho rôznych procesov.