ТАКТЫ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ — это… Что такое ТАКТЫ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ?
- ТАКТЫ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ
- ТАКТЫ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ
-
— отдельные процессы, протекающие в цилиндре за один ход поршня и составляющие полный рабочий цикл двигателя внутреннего сгорания. Например, в четырехтактном двигателе рабочие процессы (всасывание, сжатие, рабочий ход и выхлоп), составляющие рабочий цикл, совершаются за 4 хода поршня, а в двухтактных двигателях за 2 хода. См. также Двигатели внутреннего сгорания.
Самойлов К. И. Морской словарь. — М.-Л.: Государственное Военно-морское Издательство НКВМФ Союза ССР, 1941
- ТАКЕЛЬГАРН
- ТАКСИМЕТР
Смотреть что такое «ТАКТЫ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ» в других словарях:
Поршневой двигатель внутреннего сгорания — 4 тактный цикл двигателя внутреннего сгорания Такты: 1. Всасывание горючей смеси. 2. Сжатие. 3. Рабочий ход. 4. Выхлоп. Двухтактный цикл. Такты: 1. При движении поршня вверх сжатие топливной смеси в … Википедия
Бензиновый двигатель внутреннего сгорания — Бензиновый двигатель W16 Bugatti Veyron Бензиновые двигатели это класс двигателей внутреннего сгорания, в цилиндрах которых предварительно сжатая топливовоздушная смесь поджигается электрической и … Википедия
Двигатель внутреннего сгорания — Схема: Двухтактный двигатель внутреннего сгорания с глушителем … Википедия
Объём двигателя — 4 тактный цикл двигателя внутреннего сгорания Такты: 1.
Всасывание горючей смеси. 2.Сжатие. 3.Рабочий ход. 4.Выхлоп. Двухтактный цикл. Такты: 1. При движении поршня вверх сжатие топливной смеси в текущем цикле и всасывание смеси для следующего… … Википедия
Поршневой авиационный двигатель — 4 тактный цикл двигателя внутреннего сгорания Такты: 1.Всасывание горючей смеси. 2.Сжатие. 3.Рабочий ход. 4.Выхлоп. Двухтактный цикл. Такты: 1. При движении поршня вверх сжатие топливной смеси в текущем цикле и всасывание смеси для следующего… … Википедия
Четырёхтактный двигатель — Работа четырёхтактного двигателя в разрезе. Цифрами обозначены такты Четырёхтактный двигатель поршневой двигатель внутреннего сгорания, в котором рабочий процесс в каждом из цилиндров совершается за два оборота коленчатого вала, то есть за… … Википедия
Пятитактный роторный двигатель — роторный двигатель с простым и равномерным вращательным движением главного рабочего элемента и с использованием такого же простого вращательного движения уплотнительных элементов.
Четырехтактный двигатель — Бензиновые двигатели это класс двигателей внутреннего сгорания, в цилиндрах которых предварительно сжатая топливовоздушная смесь поджигается электрической искрой. Управление мощностью в данном типе двигателей производится, как правило,… … Википедия
Четырёхтактный мотор — Бензиновые двигатели это класс двигателей внутреннего сгорания, в цилиндрах которых предварительно сжатая топливовоздушная смесь поджигается электрической искрой. Управление мощностью в данном типе двигателей производится, как правило,… … Википедия
Дизельный двигатель — Дизельный двигатель поршневой двигатель внутреннего сгорания, работающий по принципу самовоспламенения распылённого топлива от воздействия разогретого при сжатии воздуха.[1] Спектр топлива для дизелей весьма широк, сюда включаются все… … Википедия
Двигатель внутреннего сгорания презентация.

1 слайд
2 слайд
Двигатель внутреннего сгорания (сокращённо ДВС) – это устройство, в котором химическая энергия топлива превращается в полезную механическую работу. ДВС классифицируют: По назначению — делятся на транспортные, стационарные и специальные. По роду применяемого топлива — легкие жидкие (бензин, газ), тяжелые жидкие (дизельное топливо). По способу образования горючей смеси — внешнее (карбюратор) и внутреннее у дизельного ДВС. По способу воспламенения (искра или сжатие). По числу и расположению цилиндров разделяют рядные, вертикальные, оппозитные, V-образные, VR-образные и W-образные двигатели.
3 слайд
Элементы ДВС: Цилиндр Поршень — двигается внутри цилиндра Клапан впрыска топлива Свеча – производит зажигание топлива внутри цилиндра Клапан выпуска газа Коленчатый вал — раскручивается поршнем
4 слайд
Циклы работы поршневых ДВС Поршневые двигатели внутреннего сгорания классифицируются по количеству тактов в рабочем цикле на двухтактные и четырёхтактные.
5 слайд
6 слайд
1. В процессе впуска поршень перемещается от верхней мертвой точки (в.м.т.) к нижней мертвой точке (н.м.т.), а освобождающееся надпоршневое пространство цилиндра заполняется смесью воздуха с топливом. Из-за разности давлений во впускном коллекторе и внутри цилиндра двигателя при открытии впускного клапана смесь поступает (всасывается) в цилиндр
7 слайд
2. В процессе сжатия оба клапана закрыты и поршень, перемещаясь от н.м.т. к в.м.т. и уменьшая объём надпоршневой полости, сжимает рабочую смесь (в общем случае рабочее тело). Сжатие рабочего тела ускоряет процесс сгорания и этим предопределяет возможную полноту использования тепла, выделяющегося при сжигании топлива в цилиндре.
8 слайд
3. В процессе сгорания происходит окисление топлива кислородом воздуха, входящего в состав рабочей смеси, вследствие чего давление в надпоршневой полости резко возрастает.
9 слайд
4. В процессе расширения раскаленные газы, стремясь расшириться, перемещают поршень от в.м.т. к н.м.т. Совершается рабочий ход поршня, который через шатун передает давление на шатунную шейку коленчатого вала и проворачивает его.
10 слайд
5. В процессе выпуска поршень перемещается от н.м.т. к в.м.т. и через второй открывающийся к этому времени клапан, выталкивает отработавшие газы из цилиндра. Продукты сгорания остаются только в объёме камеры сгорания, откуда их нельзя вытеснить поршнем. Непрерывность работы двигателя обеспечивается последующим повторением рабочих циклов.
12 слайд
История автомобиля История автомобиля началась ещё в 1768 году вместе с созданием паросиловых машин, способных перевозить человека. В 1806 году появились первые машины, приводимые в движение двигателями внутреннего сгорания на англ. горючем газе, что привело к появлению в 1885 году повсеместно используемого сегодня газолинового или бензинового двигателя внутреннего сгорания.
13 слайд
Изобретатели-первопроходцы Немецкий инженер Карл Бенц, изобретатель множества авто- мобильных технологий, считается изобретателем и современного автомобиля.
14 слайд
Описание презентации по отдельным слайдам:
1 слайд
Описание слайда:
2 слайд
Описание слайда:
1860 г. Этьен Ленуар изобрел первый двигатель, работавший на светильном газе Этьен Ленуар (1822-1900) Этапы развития ДВС: 1862 г. Альфонс Бо Де Роша предложил идею четырехтактного двигателя. Однако свою идею осуществить он не сумел. 1876 г. Николаус Август Отто создает четырехтактный двигатель по Роше.
3 слайд
Описание слайда:
4 слайд
Описание слайда:
Рабочий цикл четырехтактного карбюраторного двигателя внутреннего сгорания совершается за 4 хода поршня (такта), т. е. за 2 оборота коленчатого вала. Четырехтактный двигатель 1 такт – впуск (горючая смесь из карбюратора поступает в цилиндр) Различают 4 такта: 2 такт – сжатие (клапаны закрыты и смесь сжимается, в конце сжатия смесь воспламеняется электрической искрой и происходит сгорание топлива) 3 такт – рабочий ход (происходит преобразование тепла, полученного от сгорания топлива, в механическую работу) 4 такт – выпуск (отработавшие газы вытесняются поршнем)
5 слайд
Описание слайда:
На практике мощность двухтактного карбюраторного двигателя внутреннего сгорания часто не только не превышает мощность четырёхтактного, но оказывается даже ниже. Это обусловлено тем, что значительная часть хода (20-35%) поршень совершает при открытых клапанах Двухтактный двигатель Существует также двухтактный двигатель внутреннего сгорания. Рабочий цикл двухтактного карбюраторного двигателя внутреннего сгорания осуществляется за два хода поршня или за один оборот коленчатого вала. Сжатие Сгорание выпуск впуск 1 такт 2 такт
6 слайд
Описание слайда:
Способы увеличения мощности двигателя: КПД двигателя внутреннего сгорания мал и примерно составляет 25% – 40%. Максимальный эффективный КПД наиболее совершенных ДВС около 44%.Поэтому многие ученые пытаются увеличить КПД, а также и при этом саму мощность двигателя. Использование многоцилиндровых двигателей Использование специального топлива (правильного соотношения смеси и рода смеси) Замена частей двигателя (правильных размеров составных частей, зависящие от рода двигателя) Устранение части потерь теплоты перенесением места сжигания топлива и нагревания рабочего тела внутрь цилиндра
7 слайд
Описание слайда:
Одной из важнейших характеристик двигателя является его степень сжатия, которая определяется следующее: Степень сжатия e V2 V1 где V2 и V1 — объемы в начале и в конце сжатия. С увеличением степени сжатия возрастает начальная температура горючей смеси в конце такта сжатия, что способствует более полному ее сгоранию.
8 слайд
Описание слайда:
жидкостные газовые с искровым зажиганием без искрового зажигания (дизельные) (карбюраторный)
9 слайд
Описание слайда:
Строение яркого представителя ДВС – карбюраторного двигателя Остов двигателя (блок-картер, головки цилиндров, крышки подшипников коленчатого вала, масляный поддон) Механизм движения (поршни, шатуны, коленчатый вал, маховик) Механизм газораспределения (кулачковый вал, толкатели, штанги, коромысла) Система смазки (масло, фильтр грубой отчистки, поддон) жидкостная (радиатор, жидкость, др.) Система охлаждения воздушная (обдув потоками воздуха) Система питания (топливный бак, топливный фильтр, карбюратор, насосы)
10 слайд
Описание слайда:
Строение яркого представителя ДВС – карбюраторного двигателя Система зажигания (источник тока – генератор и аккумулятор, прерыватель + конденсатор) Система пуска (электрический стартер, источник тока – аккумулятор, элементы дистанционного управления) Система впуска и выпуска (трубопроводы, воздушный фильтр, глушитель) Карбюратор двигателя
создания. .
История создания
Этьен Ленуар (1822-1900)
Этапы развития ДВС:
1860 г. Этьен Ленуар изобрел первый двигатель, работавший на светильном газе
1862 г. Альфонс Бо Де Роша предложил идею четырехтактного двигателя. Однако свою идею осуществить он не сумел.
1876 г. Николаус Август Отто создает четырехтактный двигатель по Роше.
1883 г. Даймлер предложил конструкцию двигателя, который мог работать как на газе, так и на бензине
Карл Бенц изобрел самоходную трехколесную коляску на основе технологий Даймлера.
К 1920 г. ДВС становятся лидирующими. экипажи на паровой и электрической тяге стали большой редкостью.
Август Отто (1832-1891)
Карл Бенц
История создания
Трехколесная коляска, изобретенная Карлом Бенцом
Принцип действия
Четырехтактный двигатель
Рабочий цикл четырехтактного карбюраторного двигателя внутреннего сгорания совершается за 4 хода поршня (такта), т. е. за 2 оборота коленчатого вала.
Различают 4 такта:
1 такт – впуск (горючая смесь из карбюратора поступает в цилиндр)
2 такт – сжатие (клапаны закрыты и смесь сжимается, в конце сжатия смесь воспламеняется электрической искрой и происходит сгорание топлива)
3 такт – рабочий ход (происходит преобразование тепла, полученного от сгорания топлива, в механическую работу)
4 такт – выпуск (отработавшие газы вытесняются поршнем)
Принцип действия
Двухтактный двигатель
Существует также двухтактный двигатель внутреннего сгорания. Рабочий цикл двухтактного карбюраторного двигателя внутреннего сгорания осуществляется за два хода поршня или за один оборот коленчатого вала.
1 такт 2 такт
На практике мощность двухтактного карбюраторного двигателя внутреннего сгорания часто не только не превышает мощность четырёхтактного, но оказывается даже ниже. Это обусловлено тем, что значительная часть хода (20-35%) поршень совершает при открытых клапанах
КПД двигателя
КПД двигателя внутреннего сгорания мал и примерно составляет 25% – 40%
. Максимальный эффективный КПД наиболее совершенных ДВС около 44%.
Поэтому многие ученые пытаются увеличить КПД, а также и при этом саму мощность двигателя.
Способы увеличения мощности двигателя:
Использование многоцилиндровых двигателей
Использование специального топлива (правильного соотношения смеси и рода смеси)
Замена частей двигателя (правильных размеров составных частей, зависящие от рода двигателя)
Устранение части потерь теплоты перенесением места сжигания топлива и нагревания рабочего тела внутрь цилиндра
КПД двигателя
Степень сжатия
Одной из важнейших характеристик двигателя является его степень сжатия, которая определяется следующее:
e V 2 V 1
где V2 и V1 — объемы в начале и в конце сжатия. С увеличением степени сжатия возрастает начальная температура горючей смеси в конце такта сжатия, что способствует более полному ее сгоранию.
Разновидности ДВС
Двигатели Внутренненго Сгорания
Основные компоненты двигателя
Строение яркого представителя ДВС – карбюраторного двигателя
Остов двигателя (блок-картер, головки цилиндров, крышки подшипников коленчатого вала, масляный поддон)
Механизм движения (поршни, шатуны, коленчатый вал, маховик)
Механизм газораспределения (кулачковый вал, толкатели, штанги, коромысла)
Система смазки (масло, фильтр грубой отчистки, поддон)
жидкостная
(радиатор, жидкость, др. )
Система охлаждения
воздушная (обдув потоками воздуха)
Система питания (топливный бак, топливный фильтр, карбюратор, насосы)
Основные компоненты двигателя
Система зажигания (источник тока – генератор и аккумулятор, прерыватель + конденсатор)
Система пуска (электрический стартер, источник тока – аккумулятор, элементы дистанционного управления)
Система впуска и выпуска (трубопроводы, воздушный фильтр, глушитель)
Карбюратор двигателя
Слайд 1
Урок физики в 8 классе
Слайд 2
Вопрос 1:
Какая физическая величина показывает, сколько энергии выделяется при сжигании 1кг топлива? Какой буквой ее обозначают?
Удельная теплота сгорания топлива. g
Слайд 3
Вопрос 2:
Определите количество теплоты, выделившееся при сгорании 200г бензина.
g=4,6*10 7дж/кг
Q=9,2*10 6дж
Слайд 4
Вопрос 3:
Удельная теплота сгорания каменного угля примерно в 2 раза больше, чем удельная теплота сгорания торфа. Что это значит.
Это значит, что для сгорания каменного угля потребуется в 2 раза большее количество теплоты.
Слайд 5
Двигатель внутреннего сгорания
Внутренней энергией обладают все тела – земля, кирпичи, облака и так далее. Однако чаще всего извлечь ее трудно, а порой и невозможно. Наиболее легко на нужды человека может быть использована внутренняя энергия лишь некоторых, образно говоря, «горючих» и «горячих» тел. К ним относятся: нефть, уголь, теплые источники вблизи вулканов и так далее. Рассмотрим один из примеров использования внутренней энергии таких тел.
Слайд 6
Слайд 7
Карбюраторный двигатель.
карбюратор – устройство для смешивания бензина с воздухом в нужных пропорциях.
Слайд 8
Основные Основные части ДВС части ДВС
1 – фильтр для всасываемого воздуха,
2 – карбюратор,
3 – бензобак,
4 – топливопровод,
5 – распыляющийся бензин,
6 – впускной клапан,
7 – запальная свеча,
8 – камера сгорания,
9 – выпускной клапан,
10 – цилиндр,
11 – поршень.
:
Основные части ДВС:
Слайд 9
Работа этого двигателя состоит из нескольких повторяющихся друг за другом этапов, или, как говорят, тактов. Всего их четыре. Отсчет тактов начинается с момента, когда поршень находится в крайней верхней точке, и оба клапана закрыты.
Слайд 10
Первый такт называется впуск (рис. «а»). Впускной клапан открывается, и опускающийся поршень засасывает бензино-воздушную смесь внутрь камеры сгорания. После этого впускной клапан закрывается.
Слайд 11
Второй такт – сжатие (рис. «б»). Поршень, поднимаясь вверх, сжимает бензино-воздушную смесь.
Слайд 12
Третий такт – рабочий ход поршня (рис. «в»). На конце свечи вспыхивает электрическая искра. Бензино-воздушная смесь почти мгновенно сгорает и в цилиндре возникает высокая температура. Это приводит к сильному возрастанию давления и горячий газ совершает полезную работу – толкает поршень вниз.
Слайд 13
Четвертый такт – выпуск (рис «г»). Выпускной клапан открывается, и поршень, двигаясь вверх, выталкивает газы из камеры сгорания в выхлопную трубу. Затем клапан закрывается.
Слайд 14
физкультминутка
Слайд 15
Дизельный двигатель.
В 1892 г. немецкий инженер
Р. Дизель получил патент (документ, подтверждающий изобретение) на двигатель, впоследствии названный его фамилией.
Слайд 16
Принцип работы:
В цилиндры двигателя Дизеля попадает только воздух. Поршень, сжимая этот воздух, совершает над ним работу и внутренняя энергия воздуха возрастает настолько, что впрыскиваемое туда топливо сразу же самовоспламеняется. Образующиеся при этом газы выталкивают поршень обратно, осуществляя рабочий ход.
Слайд 17
Такты работы:
всасывание воздуха;
сжатие воздуха;
впрыск и сгорание топлива – рабочий ход поршня;
выпуск отработавших газов.
Существенное отличие: запальная свеча становится ненужной, и ее место занимает форсунка – устройство для впрыскивания топлива; обычно это низкокачественные сорта бензина.
Слайд 18
Некоторые сведения о двигателях Тип двигателя Тип двигателя
Некоторые сведения о двигателях Карбюраторный Дизельный
История создания Впервые запатентован в 1860 г. французом Ленуаром; в 1878 г. построен нем. изобретателем Отто и инженером Лангеном Изобретен в 1893 г. немецким инженером Дизелем
Рабочее тело Воздух, насыщ. парами бензина Воздух
Топливо Бензин Мазут, нефть
Макс. давление в камере 6 × 105 Па 1,5 × 106 — 3,5 × 106 Па
Т при сжатии рабочего тела 360-400 ºС 500-700 ºС
Т продуктов сгорания топлива 1800 ºС 1900 ºС
КПД:
для серийных машин
для лучших образцов
20-25%
35%
30-38%
45%
Применение В легковых машинах сравнительно небольшой мощности В более тяжелых машинах большой мощности (тракторы, грузовые тягачи, тепловозы).
Слайд 19
Слайд 20
Назови основные части ДВС:
Слайд 21
1. Назовите основные такты работы ДВС.
2. В каких тактах клапаны закрыты?
3. В каких тактах открыт клапан 1?
4. В каких тактах открыт клапан 2?
5. Отличие ДВС от дизеля?
Слайд 22
Мертвые точки – крайние положения поршня в цилиндре
Ход поршня – расстояние, проходимое поршнем от одной мертвой точки до другой
Четырехтактный двигатель – один рабочий цикл происходит за четыре хода поршня (4 такта).
Слайд 23
Заполнить таблицу
Название такта Движение поршня 1 клапан 2 клапан Что происходит
Впуск
Сжатие
Рабочий ход
выпуск
вниз
вверх
вниз
вверх
открыт
открыт
закрыт
закрыт
закрыт
закрыт
закрыт
закрыт
Всасывание горючей смеси
Сжатие горючей смеси и воспламенение
Газы выталкивают поршень
Выброс отработанных газов
Слайд 24
1. Тип теплового двигателя, в котором пар вращает вал двигателя без помощи поршня, шатуна и коленчатого вала. 2. Обозначение удельной теплоты плавления. 3. Одна из частей двигателя внутреннего сгорания. 4. Такт цикла двигателя внутреннего сгорания. 5. Переход вещества из жидкого состояния в твердое. 6. Парообразование, происходящее с поверхности жидкости.
3Д МОДЕЛЬ РАБОТЫ ДВС | МОДЕЛИСТ-КОНСТРУКТОР
Современный автомобиль, чаше всего, приводится в движение двигателем внутреннего сгорания. Таких двигателей существует огромное множество. Различаются они объемом, количеством цилиндров, мощностью, скоростью вращения, используемым топливом (дизельные, бензиновые и газовые ДВС). Но, принципиально, устройство двигателя внутреннего сгорания, похоже.
Как работает двигатель и почему называется четырехтактным двигателем внутреннего сгорания? Про внутреннее сгорание понятно. Внутри двигателя сгорает топливо. А почему 4 такта двигателя, что это такое? Действительно, бывают и двухтактные двигатели. Но на автомобилях они используются крайне редко.
Четырехтактным двигатель называется из-за того, что его работу можно разделить на четыре, равные по времени, части. Поршень четыре раза пройдет по цилиндру – два раза вверх и два раза вниз. Такт начинается при нахождении поршня в крайней нижней или верхней точке. У автомобилистов-механиков это называется верхняя мертвая точка (ВМТ) и нижняя мертвая точка (НМТ).
Первый такт — такт впуска
Первый такт, он же впускной, начинается с ВМТ (верхней мертвой точки). Двигаясь вниз, поршень, всасывает в цилиндр топливовоздушную смесь. Работа этого такта происходит при открытом клапане впуска. Кстати, существует много двигателей с несколькими впускными клапанами. Их количество, размер, время нахождения в открытом состоянии может существенно повлиять на мощность двигателя. Есть двигатели, в которых, в зависимости от нажатия на педаль газа, происходит принудительное увеличение времени нахождения впускных клапанов в открытом состоянии. Это сделано для увеличения количества всасываемого топлива, которое, после возгорания, увеличивает мощность двигателя. Автомобиль, в этом случае, может гораздо быстрее ускориться.
Второй такт — такт сжатия
Следующий такт работы двигателя – такт сжатия. После того как поршень достиг нижней точки, он начинает подниматься вверх, тем самым, сжимая смесь, которая попала в цилиндр в такт впуска. Топливная смесь сжимается до объемов камеры сгорания. Что это за такая камера? Свободное пространство между верхней частью поршня и верхней частью цилиндра при нахождении поршня в верхней мертвой точке называется камерой сгорания. Клапаны, в этот такт работы двигателя закрыты полностью. Чем плотнее они закрыты, тем сжатие происходит качественнее. Большое значение имеет, в данном случае, состояние поршня, цилиндра, поршневых колец. Если имеются большие зазоры, то хорошего сжатия не получится, а соответственно, мощность такого двигателя будет гораздо ниже. Степень сжатия – компрессию, можно проверить специальным прибором. По величине компрессии можно сделать вывод о степени износа двигателя.
Третий такт — рабочий ход
Третий такт – рабочий, начинается с ВМТ. Рабочим он называется неслучайно. Ведь именно в этом такте происходит действие, заставляющее автомобиль двигаться. В этом такте в работу вступает система зажигания. Почему эта система так называется? Да потому, что она отвечает за поджигание топливной смеси, сжатой в цилиндре, в камере сгорания. Работает это очень просто – свеча системы дает искру. Справедливости ради, стоит заметить, что искра выдается на свече зажигания за несколько градусов до достижения поршнем верхней точки. Эти градусы, в современном двигателе, регулируются автоматически «мозгами» автомобиля.
После того как топливо загорится, происходит взрыв – оно резко увеличивается в объеме, заставляя поршень двигаться вниз. Клапаны в этом такте работы двигателя, как и в предыдущем, находятся в закрытом состоянии.
Четвертый такт — такт выпуска
Четвертый такт работы двигателя, последний – выпускной. Достигнув нижней точки, после рабочего такта, в двигателе начинает открываться выпускной клапан. Таких клапанов, как и впускных, может быть несколько. Двигаясь вверх, поршень через этот клапан удаляет отработавшие газы из цилиндра – вентилирует его. От четкой работы клапанов зависит степень сжатия в цилиндрах, полное удаление отработанных газов и необходимое количество всасываемой топливно-воздушной смеси.
После четвертого такта наступает черед первого. Процесс повторяется циклически. А за счет чего происходит вращение – работа двигателя внутреннего сгорания все 4 такта, что заставляет поршень подниматься и опускаться в тактах сжатия, выпуска и впуска? Дело в том, что не вся энергия, получаемая в рабочем такте, направляется на движение автомобиля. Часть энергии идет на раскручивание маховика. А он, под действием инерции, крутит коленчатый вал двигателя, перемещая поршень в период «нерабочих» тактов.
Источник: autoustroistvo.ru
Видео:
Рекомендуем почитать
- СУШКА… ВОДОЙ
В этом номере мы знакомим молодых новаторов, участников операции «Внедрение», с необычным методом сушки, разработанным в Николаеве.По нашей просьбе о нем рассказывают авторы этой новой…
- МИНИ-МОКИК
Мини-мокики всегда пользуются у мальчишек большим успехом. И неспроста! Небольшие габариты, экономичность, современный внешний вид, прекрасные ходовые качества — чего еще можно желать?…
Принцип работы ДВС (+ видео)
Полезное
Каждый уважающий себя автолюбитель должен знать каким образом работает ДВС – двигатель внутреннего сгорания. Название пошло от того, что топливо сгорает непосредственно внутри камеры сгорания (внутри).
В цилиндр мотора всасывается горючая смесь (топливо + воздух). В момент, когда поршень достигнет верхней мертвой точки (ВМТ) сжатая смесь поджигается свечей зажигания. Происходит воспламенение. В камере образуется высокое давление и за счет этого поршень перемещается вниз. Таким образом давление от сгорания газов преобразуется в механическую энергию. Обработанные газы выбрасываются через выпускной клапан.
За своевременное открытие/закрытие впускных и выпускных клапанов отвечает газораспределительный механизм (ГРМ).
Работа ДВС разбита на такты. Есть двигатели у которых все необходимые процессы происходят за 2 такта (один оборот коленвала), они называются 2-х тактные. Двигатели, у которых процессы происходят за 4 такта (два оборота) – 4-х тактные. Как правило, на автомобилях устанавливаются 4-х тактные ДВС. Они включают в себя такты впуска, сжатия, рабочий ход, выпуск.
Такт впуска
Во время опускания поршня вниз, при этом клапан впуска открыт, выпуска – закрыт, в цилиндре образуется малое давление и за счет этого с него всасывается горючая смесь – пары бензина и воздуха.
Такт сжатия
После заполнения цилиндра горючей смесью впускной клапан закрывается и поршень начинает двигаться вверх (от нижней мертвой точки к ВМТ). Смесь сжимается и нагревается.
Для цикла Отто изэнтропическое давление и степень сжатия связаны соотношением PR = CR k , где PR=p4s/p3 и CR = v 3 / 1 600704 4 90 . Тогда
p4s=p3CRk=(14,7 psia)(8,00)1,40=270. psia
Уравнение (13.30) дает тепловой КПД ASC по холоду Отто как 56,5%
Упражнения
- 40.
-
Если газонокосилка в примере 13.14 остается на улице в холодный день, когда температура в конце изоэнтропического такта сжатия.Предположим, что все остальные переменные остаются неизменными. Ответ : T 4 s = 1130 R.
- 41.
-
Если клиренс газонокосилки в примере 13.14 увеличить с 8,0 до 8,0, то степень сжатия уменьшится до 8,00. 1, определите новое давление в конце изоэнтропического такта сжатия. Предположим, что все остальные переменные остаются неизменными. Ответ : p 4 с = 294.1 пси.
- 42.
-
Если максимальная температура в цикле ( T 4 s ) равна 2400 Р, определить цикл Отто горячий ASC тепловой КПД этого двигателя.
Предположим, что все остальные переменные остаются неизменными. Ответ : ( η T ) Отто горячий ASC = 52,8%.
Фактическая диаграмма давление-объем двигателя, работающего в газовом или паросиловом цикле, называется индикаторной диаграммой , 10 , а замкнутая площадь равна чистой обратимой работе, произведенной внутри двигателя. Среднее эффективное давление (mep) поршневого двигателя представляет собой среднее эффективное давление , действующее на поршень во время его перемещения. указанная (или обратимая) выходная мощность (WI) из поршня представляет собой чистую положительную площадь, ограниченную индикаторной диаграммой, как показано на рисунке 13.49, и равна произведению mep и смещения поршня, V̶2− V̶1=π4(Отверстие)2(Ход), или
(13.31)(WI)out=mep (V̶2−V̶1)
Рисунок 13.49. Связь среднего эффективного давления (mep) и индикаторной диаграммы.
Указанная выходная мощность (W˙I)out представляет собой чистую (обратимую) мощность, развиваемую внутри всех камер сгорания двигателя, содержащего n цилиндров, и равна
(13,32)(W˙I)out =mep(n)(V̶2−V̶1)(N/C)
, где N — частота вращения двигателя, а C — число оборотов коленчатого вала за рабочий такт ( C = 1 для двух -тактный цикл и C = 2 для четырехтактного цикла). Фактическая выходная мощность двигателя, измеренная динамометром, называется тормозной мощностью (Вт), а разница между указанной и тормозной мощностью известна как сила трения (т. е. мощность рассеивается во внутреннем трении двигателя) W˙F, или
(W˙I)out=(W˙B)out+W˙F
, следовательно, механический КПД двигателя η m равен просто ( см. Таблицу 13.2.(13.31), мы можем записать
мэп=(WI)out/(V̶2−V̶1)=((WI)out/ma)/v2−v1=[(W˙I)out/m˙a]/(v2 −v1)
, где m a и m˙a — масса воздуха в цилиндре и массовый расход воздуха в цилиндре соответственно. Тепловой КПД ASC (т.е. реверсивный или указанный, см. Таблицу 13.2) любого двигателя внутреннего или внешнего сгорания теперь можно записать как
(ηT)ASC=(W˙out)reversibleQ˙in=(W˙1) outQ˙fuel=(W˙1)out/m˙aQ˙fuel/m˙a
где Q˙in=Q˙fuel — теплотворная способность топлива.Объединение этих уравнений дает
mep=(ηT)ASC(Q˙fuel/m˙a)v2−v1=(ηT)ASC(Q˙fuel/m˙fuel)(A/F)(v2−v1)
где A/F=m˙a/m˙fuel — соотношение воздух-топливо в двигателе. Теперь
v2-v1=v1(v2/v1-1)=RT1(CR-1)/p1
, поэтому уравнение (13.32) принимает вид
(13.34)(W˙1)out=(ηT)ASC(Q˙/m˙)fuel(DNp1/C)(A/F)(RT1)(CR−1)
где D =n(V̶2−V̶1)=π4(Диаметр)2×(Ход хода)×(Число из цилиндров) — общий рабочий объем поршня двигателя. Уравнение (13.34) позволяет нам определить выходную мощность идеального двигателя внутреннего сгорания без трения, и, когда доступны фактические данные динамометрических испытаний, уравнение.(13.33) позволяет определить механический КПД двигателя.
Пример 13.15 Шестицилиндровый четырехтактный двигатель внутреннего сгорания с циклом Отто имеет полный рабочий объем 260. в 3 и степень сжатия от 9,00 до 1. Он работает на бензине с удельной теплотворной способностью 20,0 × 10 3 БТЕ/фунт и представляет собой впрыск топлива с массовым соотношением воздух-топливо 16,0:1. Во время динамометрического испытания было установлено, что давление и температура на впуске составляют 8,00 фунтов на квадратный дюйм и 60. 0°F, в то время как двигатель развивал тормозную мощность 85,0 л.с. при 4000 об/мин. Для холодного АСК Отто с k=1,40 определите
- а.
-
Холодный ASC тепловой КПД двигателя.
- б.
-
Максимальное давление и температура цикла.
- в.
-
Указанная выходная мощность двигателя.
- д.
-
Механический КПД двигателя.
- эл.
-
Фактический тепловой КПД двигателя.
Раствор
- а.
-
Из уравнения. (13.30), используя k=1,40 для холодного ASC,
(ηT)Ottocold ASC=1−CR1−k=1−9,00−0,40=0,585=58,5%
- b.
-
Из рисунка 13.48 a ,
и
T1=Tmax=T4s+(Q˙/m˙)топливо(A/F)масса(cv)a
Поскольку процесс 3-4 с является изоэнтропическим, уравнение. (7.38) дает
T4s=T3CRk−1=(60,0+459.67)(9,00)0,40=1250 R
Тогда
Tmax=20,0×103 БТЕ/фунт топлива(16,0 фунт воздуха/фунт топлива) [0,172 БТЕ/(фунт 0 09·R)052 02
Поскольку процесс 4 с до 1 является изохорным, уравнение состояния идеального газа дает
pmax=p1=p4s(T1/T4s)
и, поскольку процесс 3 до 4 с изоэнтропичен,T4s/T3 (p4s/p3)(k−1)/k
илиp4s=p3(T4s/T3)k/(k−1)=(8,00 psia)(1250 R520 R)1,40/0,40=172 psia
, тогдаpmax=(172 psia)[(8520 R)/1250 R]=1170 psia
- c.
-
Уравнение (13.34) дает указанную мощность как дюйм2)/2(16,0)[0,0685 БТЕ/(фунт·р)](8520 Р)(9,00−1)(12 дюйм/фут)(60 с/мин) =(132,00 фут⋅фунт-сила/с) (1 л.с.550 фут·фунт-сила/с)=241 л.с.
- d.
-
Уравнение (13.33) дает механический КПД двигателя как
Наконец, фактический тепловой КПД двигателя может быть определен из уравнений.(7.5) и (13.33) как
(ηT)Ottoactual=(W˙B)outQ˙fuel=(ηm)(W˙I)outQ˙fuel=(ηm)(ηT)Ottocold ASC=(0,353)(0,585 )=0,207=20,7%
Упражнения
- 43.
-
Если степень сжатия двигателя цикла Отто, обсуждаемого в примере 13.15, увеличить до 10,0:1, какова будет его новая тепловая эффективность системы Otto cold ASC? Предположим, что все остальные переменные остаются неизменными. Ответ : ( η T ) Отто холод ASC = 60.2%.
- 44.
-
Найдите p max и T max для двигателя с циклом Отто, обсуждаемого в примере 13.
15, при уменьшении степени сжатия с 9,00 до 18,0 все остальные остаются неизменными. . Ответ : P MAX = 1040 PSIA и T MAX = 8460 R
- 45.
- 45.
-
Определите указанную мощность в примере 13.15, если смещение двигателя увеличивается с 260.в 3 до 300. в 3 . Предположим, что все остальные переменные остаются неизменными. Ответ : (W˙I) из = 280 л.с.
- 46.
-
Определите механический КПД двигателя с циклом Отто в примере 13.15, если фактическая тормозная мощность составляет 88,0 л.с. вместо 85,0 л.с. Предположим, что все остальные переменные остаются неизменными. Ответ : η м = 36,3%.
Предыдущий пример показывает, что анализ холода Отто ASC обычно предсказывает тепловой КПД, который намного превышает фактический тепловой КПД.Типичные двигатели внутреннего сгорания с циклом Отто имеют фактический рабочий тепловой КПД в диапазоне 15-25%. Большая разница между тепловым КПД холодного АСК (который содержит по крайней мере один изоэнтропический процесс) и фактическим тепловым КПД обусловлена влиянием второго начала термодинамики через большое количество тепловых и механических необратимостей, присущих этому типу возвратно-поступательного поршня. -цилиндровый двигатель. Чтобы улучшить его фактический тепловой КПД, необходимо уменьшить потери тепла при сгорании и количество движущихся частей в двигателе.
Какой самый маленький двигатель внутреннего сгорания?
Двигатель самолета модели Cox Tee Dee .010 (рис. 13.50) имеет самый маленький двигатель внутреннего сгорания, когда-либо выпускавшийся в производство. Этот удивительный маленький двигатель весит чуть меньше унции и работает со скоростью 30 000 об/мин. Топливо представляет собой 10–20% касторового масла плюс 20–30% нитрометана, смешанного с метанолом. С диаметром отверстия 0,237 дюйма (6,02 мм) и ходом поршня 0,226 дюйма (5,74 мм) он имеет выходную мощность около 5 Вт.
Рисунок 13.50. Двигатель Cox Tee.
Двигатель внутреннего сгорания с переключением 2-х/4-х тактов во время работы
Сводка:Двигатель внутреннего сгорания с 2/4-тактным (двух- и четырехтактным) переключением. Предлагаемые усовершенствования обычного четырехтактного двигателя внутреннего сгорания (ДВС) ускоряют его газообмен и позволяют переводить ДВС (особенно дизель) с четырехтактного на двухтактный режим работы двигателя. Продувка в четырехтактном и двухтактном режиме работы осуществляется через одни и те же впускной и выпускной клапаны.
Полное описание:
Двигатель с предлагаемыми улучшениями способен удвоить выходную мощность двигателя и поддерживать ее определенное время (время зависит от типа двигателя) без перегрева. Эта функция позволяет увеличить удельную мощность автомобиля, когда это необходимо в соответствии с изменяющейся эксплуатацией автомобиля и дорожными условиями.
Приемлемыми областями деятельности для предлагаемых инноваций являются: (1) дизельные двигатели боевых танков, (2) дизельные двигатели боевых машин и тяжелых армейских грузовиков, (3) дизельные двигатели тяжелых грузовиков, (4) дизельные двигатели транспортных средств специального назначения (аварийные транспортные средства, пожарные машины и др. ) и (5) двигатели в электрогенераторных установках.
Суть новшества заключается в улучшении газообмена при двухтактном режиме работы двигателя. Четырехтактный газообмен осуществляется как в обычном четырехтактном дизеле. Газообмен двухтактного двигателя осуществляется через впускной и выпускной клапаны, в отличие от продувочных отверстий в обычном двухтактном дизеле.
Схема газообмена показана на 0. 2+4 Stroke Gas Exchange.jpg. Впускные клапаны 6 расположены по периферии головки блока цилиндров; выпускной клапан 4 расположен вдоль оси цилиндра или с небольшим смещением.Свежий воздух, предварительно сжатый в турбокомпрессоре двигателя и дополнительно сжатый и охлажденный в нагнетателе с промежуточным охладителем, подается в рабочий цилиндр 1 через тангенциальные впускные каналы 5, расположенные под определенным углом к поверхности головки блока цилиндров. Затем свежий воздух плотным слоем начинает закручиваться вдоль стенок цилиндра и смещаться к его центру, отжимая выхлопные газы от стенок цилиндра к его оси. Когда поток свежего воздуха достигает дна поршня 2, он поворачивается и выбрасывает отработавшие газы, сконцентрированные вдоль оси цилиндра, через выпускной клапан 4 в выпускной канал 3.
Для снижения остаточного содержания газов и охлаждения нагретых поверхностей производится продувка цилиндров, сопровождающаяся сбросом некоторого количества наддува свежего воздуха в выхлопную систему. Фазы газообмена типичны для двухтактных двигателей внутреннего сгорания. К обычному двигателю внутреннего сгорания дополняется нагнетатель любого подходящего типа с промежуточным охладителем, изменяется расположение как впускных, так и выпускных клапанов на головке блока цилиндров, а также система управления клапанами для обеспечения четырехтактного и двухтактный режим работы двигателя.Топливный насос выбирается и настраивается для обеспечения подачи топлива в соответствии с количеством рабочих ходов.
В отличие от обычного двухтактного двигателя внутреннего сгорания (особенно двухтактного дизеля) в предлагаемой конструкции отсутствуют продувочные отверстия и потери через них отработанного масла. Он обеспечивает такие же вредные выбросы, как и выбросы в обычных дизельных двигателях.
Области внедрения инновации в деталях
Боевые танки
Средние характеристики современных боевых танков: масса машины ~60 тонн; максимальная скорость 72 км/ч; и разгон 0-36 км/ч за 6 сек.Эти параметры хода обеспечивает силовая установка мощностью 1500 л.с., которая может быть либо дизельной, либо газотурбинной. Несостоятельность танковой силовой установки состоит в том, что максимальная мощность требуется только на короткое время боевой жизни танка – в основном во время боя или изредка в других случаях, в то время как обычно танк использует только 700-800 л.с. веса при постоянной скорости и благоприятных условиях движения. Предлагаемое нововведение обеспечивает:
— Использование подходящего дизеля мощностью 1000-1500 л.с. производства любых производителей дизелей в качестве прототипа силовой установки перспективного боевого танка.Прототип двигателя с предлагаемыми доработками кратковременно развивает мощность 2000-3000 л. с., а в боевой работе удваивает энерговооруженность;
— отказ от разработки полностью нового двухтактного дизельного двигателя с нуля;
— Разработать боевой танк с наивысшей удельной мощностью и доминирующей маневренностью;
— Возможность установки дополнительных топливных баков в борт для увеличения дальности хода без дозаправки
Боевые машины и армейские большегрузы
Основные боевые машины армии США БМП М2 А1 и А2 «Брэдли» оснащены дизельными двигателями Cummins VTA903-T500 мощностью 500 л.с. и VTA903-T600 мощностью 600 л.с. соответственно.Реализация предложенных усовершенствований в этих дизелях повышает маневренность М2А1 и М2А2 за счет удвоения удельной мощности. Более того, новые Cummins VTTA903-T750 и T800 также могут быть «форсированы» предложенным нововведением.
Грузовики
Возможно использование предложенных доработок для гражданских грузовых дизелей. Большой рынок для грузовиков с «форсированными» дизелями есть в странах Латинской Америки, Китая, Индии и Юго-Восточной Азии (кроме Японии). Грузовик с «форсированным» дизелем получает возможность развивать заданную скорость в 1,7 раза быстрее, чем с обычным. Эта функция наиболее полезна, когда грузовик опережает впереди идущую машину на встречной полосе движения, а также преодолевает подъем, не переключая передачи и не снижая скорость автомобиля.
Статус проекта
Мы разработали основные теоретические основы предлагаемого процесса продувки как для двухтактных, так и для четырехтактных операций через модифицированную систему клапанов данного четырехтактного двигателя.Некоторые результаты этой разработки представлены в следующих файлах:
1. 2+4-тактный FlowWorks Model.easm – Газообмен однопродувочной конструкции посредством 4-клапанной системы в головке блока цилиндров. eDrawings необходим для просмотра этого файла .EASM.
2. Схема продувки 2+4 Works.avi – Газообмен одной конструкции продувки через 4-клапанную систему в головке блока цилиндров. Это файл .AVI. Некоторые отдельные файлы .JPG, отражающие разные этапы процесса газообмена, находятся в файлах: 2_a. Сбор мусора 01.JPG, 2_b. 02.JPG,
2_в. Сбор мусора 03.JPG, 2_д. 04.JPG.
3. 2+4 Solid Cylinder Head Model.sldprt — продувочная 3D-модель конструкции головки блока цилиндров с 4 клапанами. eDrawings необходим для проверки этого файла .SLDPRT.
4. Конструкция головки блока цилиндров 2+4.sldasm – 3D-дизайн одной из многих возможных версий головки блока цилиндров с 4 клапанами. eDrawings необходим для проверки этого файла .SLDASM.
5. 2+4 Stroke Combat Vehicle.pdf – Модификация конструкции дизельного двигателя для военной техники./Отчет о техническом предложении/
Технологический фон включает:
1. Заявки на патенты (как PPA, так и FPA), готовые к подаче
2. Система расчета основных характеристик целевого двигателя после его модификации
3. Различные модели дизайна Solid Works, результаты Solid Works COSMOSFIoWorks и т. д. вышесказанное.Компьютерное моделирование одновременной продувки для 4-тактного и 2-тактного режимов с учетом движения поршня и определение оптимальных фаз газообмена являются основными целями предлагаемого сотрудничества.
Файлы, перечисленные выше в разделах 1., 2., 3., 4. и 5., а также дополнительная информация и данные, разъясняющие технологию и подходы, предоставляются по запросу.
Проблема, адресованная этой идее/изобретению:
Производство дизельных двигателей, Производство двухтактных дизельных двигателей, Двигатель с газовым зажиганием
Производство бензиновых двигателей, производство двухтактных двигателей внутреннего сгорания
Применение военных (боевых) дизелей
Прикрепленные файлы:
5.Боевая машина 2+4.
Да
Изобретение №11613
Дата публикации:
2010-02-18
« Больше изобретений в области транспорта
« Больше инженерно-механических изобретений
« Больше изобретений в автомобилестроении
Физика двигателя внутреннего сгорания
Очень распространенным вариантом двигателя внутреннего сгорания является четырехтактный двигатель.Эти двигатели имеют четыре «такта» для каждого цикла сгорания.
анимация с keveney.com
Четыре «такта» этих двигателей следующие.
1. Впуск: впускной клапан (в левой верхней части цилиндра) открывается, позволяя свежему воздуху, богатому кислородом, смешанному с топливом, поступать в цилиндр.
2. Сжатие: поршень выталкивается вверх под действием импульса маховика, сжимающего воздушно-топливную смесь.
3. Сгорание: Когда поршень достигает верхней точки своего хода или ВМТ, свеча зажигания воспламеняет смесь. Из-за высокого сжатия этой смеси (обычно около 190 фунтов на квадратный дюйм в типичном двигателе) она очень летучая и взрывается при подаче искры. Это толкает поршень вниз и производит мощность. 4. Выхлоп: После того, как топливно-воздушная смесь сгорела, оставшиеся химические вещества в цилиндре (в основном вода и CO2) должны быть удалены, чтобы можно было ввести свежий воздух. Когда поршень возвращается после сгорания, выпускной клапан (правая верхняя часть цилиндра) открывается, позволяя выпустить выхлопные газы.
В идеале двигатель потребляет воздух (кислород и азот) и топливо (углеводороды) и производит CO2, H3O, а N2 просто проходит через него. Химическое уравнение выглядит следующим образом.
2 C8h28 (газ) + 25 O2 = 16 CO2 + 18h3O
Это уравнение представляет собой стехиометрическое соотношение воздух-топливо (14,7:1). Однако при нормальных условиях вождения двигатель будет работать в обедненной смеси при движении по шоссе (лучший пробег) и в богатой смеси при ускорении (лучшая мощность).Бедное состояние приводит к образованию оксидов и вредных соединений азота. Богатые условия приводят к образованию угарного газа. По этой причине каталитический нейтрализатор используется на большинстве более крупных двигателей.
предварительный материал для выпускного коллектора Saturn
Материал катализатора у кошки представляет собой проволочную сетку или соты. Это позволяет большой площади поверхности подвергаться воздействию проходящих выхлопных газов. Катализатор (обычно платина) превращает вредные оксиды азота и монооксид углерода в азот, диоксид углерода и кислород.Каталитические нейтрализаторы лучше всего работают, когда они теплые (поскольку скорость реакции увеличивается с температурой), поэтому некоторые производители автомобилей помещают «предварительные катализаторы» в выпускной коллектор для преобразования газов, пока выхлопная система еще прогревается.
Что такое четыре удара?
С момента изобретения автомобиля в большинстве автомобилей под капотом установлен четырехтактный бензиновый двигатель.Это гениальное изобретение, также называемое двигателем внутреннего сгорания, использует природные силы и энергию для преобразования отдельных элементов, таких как топливо, воздух, искра и давление, в мощное движение, способное в конечном итоге привести в движение весь автомобиль. Внутренняя работа — это блестяще поставленный танец, в котором каждая часть играет неотъемлемую роль в самой системе, а также управляется ею. Полное объяснение больше, чем может быть описано здесь, но полезно понять основы.
Настройка
Два вала синхронизированы и работают синхронно: коленчатый вал внизу и меньший распределительный вал вверху.Оба вращаются в фиксированных точках на любом конце вала, но в каждом используется смещенная конструкция кулачков или противовесов, которые переводят фиксированное вращательное движение вала в линейное движение вверх и вниз компонентов, соединенных перпендикулярно. Коленчатый вал перемещает тяжелые поршни прямо вверх и вниз, в то время как распределительный вал управляет двумя клапанами (иногда больше) на каждый открытый и закрытый поршень. Четырехтактный двигатель относится к каждому отдельному ходу, совершаемому одним поршнем. Хотя может показаться, что поршень совершает только два движения — вверх и вниз, — гораздо больше происходит с положением клапанов и в самом процессе в целом.
1. Впуск
Поршень начинается в «верхней мертвой точке» с небольшим зазором между ним и двумя клапанами. Это пространство называется камерой. При первом такте впускной клапан открывается, когда поршень движется вниз, всасывая воздух и топливо в расширительную камеру через открытый клапан. Всасываемая топливно-воздушная смесь уже оптимизирована двигателем, чтобы производить как можно меньше отходов, а в дальнейшем обеспечивать максимальную выходную мощность.
2. Сжатие
По мере вращения смещенного коленчатого вала поршень отталкивается назад к клапанам, которые теперь оба закрыты, создавая при этом давление и тепло.Деваться некуда, воздух и топливо сжимаются. Это увеличивает их реактивность и способность воспламеняться, подготавливая их к следующему шагу.
3. Сгорание
Как только поршень возвращается в верхнее положение, синхронизированная искра воспламеняет летучую смесь, и контролируемый взрыв с большой силой отправляет поршень обратно вниз. На этом этапе оба клапана остаются закрытыми, а содержимое камеры подвергается химической реакции, которая делает его инертным и превращает в выхлопные газы.На этом этапе двигатель получает свою мощность. Взрыв толкает поршень вниз с такой силой, что коленчатый вал проворачивается и снова «подпрыгивает». В автомобильных двигателях несколько поршней в ряд настроены на сгорание в разное время, поэтому мини-взрывы создают ощущение баланса, которое приводит в движение коленчатый вал без особых толчков.
4. Выхлоп
В этот момент открывается выпускной клапан и поршень направляется вверх, выталкивая все «использованные» газы в выхлопную систему без создания давления.После этого поршень возвращается в верхнюю мертвую точку, выпускной клапан закрывается, впускной открывается, и процесс начинается снова. Поскольку процедура обеспечивает прямую связь между тем, что происходит в двигателе, и тем, что выходит из выхлопной трубы, можно диагностировать некоторые проблемы с двигателем по цвету дыма.
Понимание работы вашего автомобиля может сделать сигнальную лампу или поездку к механику менее напряженными.
Ознакомьтесь со всеми деталями двигателя, доступными в NAPA Online, или доверьтесь одному из наших 17 000 пунктов обслуживания NAPA AutoCare для планового технического обслуживания и ремонта.Для получения дополнительной информации о двигателе внутреннего сгорания поговорите со знающим экспертом в местном магазине NAPA AUTO PARTS.
Фото предоставлено Flickr.
Цикл четырехтактного двигателя
Большинство двигателей внутреннего сгорания работают по одному из двух принципов работы: двухтактный цикл или четырехтактный цикл. Четырехтактные двигатели являются преобладающим типом в авиации общего назначения и составляют тему этого поста.
Циклы поршневого двигателя
Поршневые двигатели классифицируются по количеству отдельных шагов, которые двигатель выполняет за один полный рабочий цикл.Двухтактные двигатели совершают цикл за один оборот коленчатого вала двумя движениями; ход поршня вверх и вниз, который включает в себя впуск, сжатие, сгорание и выпуск. Двухтактные двигатели распространены на сверхлегких и некоторых небольших сверхлегких самолетах, поскольку эти двигатели имеют меньшее количество деталей, что делает их более простыми в эксплуатации и более дешевыми в приобретении и обслуживании.
Четырехтактные двигатели являются наиболее распространенным типом двигателей, используемых в авиации общего назначения, и именно этот тип двигателя мы будем изучать далее.Четырехтактному двигателю требуется два оборота коленчатого вала для завершения одного цикла двигателя, при этом поршень перемещается на 180 ° для завершения каждого шага цикла. Четырехтактный цикл включает этапы впуска и сжатия (один оборот коленчатого вала) и этап мощности и выпуска (один оборот коленчатого вала).
Номенклатура циклов
Существует ряд определений, которые следует хорошо понять, прежде чем переходить к подробностям четырехтактного цикла. См. изображение ниже и определения под изображением.
Рисунок 1: Диаметр отверстия и ход поршня, движущегося в цилиндреВерхняя мертвая точка (ВМТ) – это относится к положению поршня, когда он находится в верхней мертвой точке. Поршень расположен в верхней части головки цилиндров, а шатунная шейка находится в самом верхнем положении.
Нижняя мертвая точка (НМТ) – относится к моменту в цикле, когда поршень находится в нижней точке своего хода, а шатунная шейка находится в самом нижнем положении.
Ход – ход двигателя – это возвратно-поступательное расстояние, которое поршень перемещает в цилиндре от НМТ до ВМТ.
Отверстие – относится к внутреннему диаметру цилиндра.
Степень сжатия – объем пространства в цилиндре можно определить при положении поршня в НМТ и в ВМТ. Соотношение между ними дает степень сжатия. Например, двигатель со степенью сжатия, равной 9, имеет объем в цилиндре в девять раз больше, когда поршень находится в НМТ, чем в ВМТ.
Рабочий объем – это разница между объемом цилиндра с поршнем в ВМТ и в НМТ.2}{4}\times Ход
$$
Где:
\( D: \) Диаметр цилиндра
\( S.V.: \) Рабочий объем
Четырехтактный цикл
Пока двигатель работает, он будет непрерывно повторять четыре шага четырехтактного цикла. Каждый шаг в цикле представляет собой перемещение поршня на 180°, что соответствует половине оборота коленчатого вала. Поскольку для завершения одного четырехтактного цикла требуется два оборота коленчатого вала, полный цикл будет завершен при половине оборотов двигателя e.g двигатель, работающий на 3000 об/мин, совершает 1500 полных циклов за одну минуту.
Двигатель всегда завершает цикл в одном и том же порядке:
Рисунок 2: Элементы четырехтактного циклаВпуск или впуск
Целью такта впуска или впуска является всасывание смеси воздуха и топлива в цилиндр. Этот ход происходит при движении поршня вниз от ВМТ к НМТ. Впускной клапан должен быть открыт, чтобы топливовоздушная смесь могла попасть в цилиндр, в то время как выпускной клапан остается закрытым.Движение поршня вниз приводит к падению давления в цилиндре, в результате чего смесь всасывается в полость, оставшуюся после движения поршня.
Рисунок 3: Такт впуска или впускаСжатие
Как следует из названия, целью такта сжатия является сжатие топливно-воздушной смеси, которая всасывается в головку блока цилиндров до того, как произойдет воспламенение. Это достигается за счет движения поршня вверх от НМТ к ВМТ. Движение поршня уменьшает объем, занимаемый смесью, вызывая повышение давления и температуры внутри цилиндра.Впускной и выпускной клапаны остаются закрытыми на протяжении большей части хода (впускной клапан остается открытым примерно на 50° после НМТ, чтобы обеспечить поступление в цилиндр оптимального количества смеси). Когда поршень приближается к ВМТ, срабатывает свеча зажигания, воспламеняющая смесь. Искра синхронизирована таким образом, что инерция поршня, движущегося вверх, не задерживается зажиганием, а продолжается до ВМТ, где заканчивается ход поршня.
Рисунок 4: Такт сжатияМощность
Быстро расширяющийся газ, воспламеняемый свечой зажигания, вызывает скачок давления внутри цилиндра, заставляя поршень вернуться из ВМТ в НМТ.По мере движения поршня вниз увеличивающийся объем вызывает снижение давления и температуры в цилиндре. Именно этот рабочий ход заставляет вращаться коленчатый вал, который в конечном итоге приводит в движение воздушный винт и создает тягу. Впускной и выпускной клапаны остаются закрытыми большую часть рабочего хода, а выпускной клапан открывается непосредственно перед тем, как поршень достигает НМТ. Момент открытия клапана устанавливается таким образом, чтобы обеспечить выработку максимальной мощности и в то же время обеспечить наиболее эффективный выброс сгоревших газов во время такта выпуска.
Рисунок 5: Power StrokeExhaust
Выпускной клапан открывается непосредственно перед завершением рабочего такта и остается открытым во время движения поршня от НМТ к ВМТ. Движение поршня выталкивает выхлопные газы через открытый выпускной клапан, очищая цилиндр до начала такта впуска. Это завершает цикл, и поршень снова начинает двигаться вниз по мере повторения шага индукции.
Рисунок 6: Такт выпускаПолный четырехтактный цикл
Полный цикл показан на изображении ниже.
Рисунок 7: Полный четырехтактный циклРабота клапана
Одним из фундаментальных свойств всей материи является то, что она обладает массой и, следовательно, инерцией. Это означает, что топливно-воздушная смесь, как и твердое тело, подчиняется законам Ньютона и требует силы, чтобы преодолеть ее инерцию и ускориться в цилиндре. Эта сила возникает из-за падения давления в цилиндре при движении поршня вниз, но движение газа не является мгновенным. Следовательно, открытие впускного и выпускного клапанов в ВМТ и НМТ соответственно не приведет к максимальной мощности, вырабатываемой двигателем из-за инерции газа.В результате впускной и выпускной клапаны открываются и закрываются не в ВМТ или НМТ, а по обе стороны от этих положений для обеспечения оптимальной производительности. Важно помнить, что поршни движутся с очень высокими оборотами во время нормальной работы двигателя, из-за чего газу очень трудно успевать за движением поршня.
Привод клапана – клапан открывается преждевременно (до ВМТ или НМТ) для оптимальной работы двигателя.
Запаздывание клапана – закрытие клапана задерживается (после ВМТ или НМТ) для улучшения работы двигателя.
Провод клапана | Задержка клапана | |
---|---|---|
Впускной клапан | Впускной клапан открывается до достижения ВМТ во время такта выпуска, чтобы подготовить цилиндр к приему топливно-воздушной смеси в начале такта впуска. | Впускной клапан не закрывается при достижении НМТ во время такта впуска, а закрывается с задержкой до тех пор, пока поршень не пройдет НМТ и не начнет такт сжатия. |
Выпускной клапан | Выпускной клапан открывается в конце рабочего такта непосредственно перед достижением НМТ.Это позволяет наиболее эффективно выпускать газ во время такта выпуска. | Выпускной клапан слегка закрыт после ВМТ, как только начинается такт впуска. Это помогает удалить весь выхлопной газ, поскольку свежая смесь, поступающая в цилиндр, вытесняет последний оставшийся газ. |
Опережение и запаздывание клапана приводит к периоду вокруг ВМТ и НМТ, когда впускной и выпускной клапаны открыты одновременно. Этот период определяется как перекрытие клапана .На изображении ниже представлено графическое представление цикла четырехтактного двигателя, где периоды перекрытия клапанов можно увидеть по перекрытию двух цветных дуг.
Рисунок 8: Области перекрытия клапанов четырехтактного двигателя, цикл, цикл Отто
.Описанный выше четырехтактный цикл приводит к изменению давления и объема газа внутри цилиндра по мере того, как поршень перемещается вверх и вниз в ходе различных тактов цикла. Термодинамическое представление этого цикла называется циклом Отто, названным в честь немецкого инженера Николауса Отто ; первый человек, построивший работающий четырехтактный двигатель в 1860-х гг.
Цикл Отто может быть представлен на графике с Объемом по оси X и Давлением по оси Y, и описывает четырехтактный цикл следующим образом:
Рисунок 9: Цикл ОттоПроцесс 0–1: газообразная топливно-воздушная смесь (заряд) фиксированной массы втягивается в цилиндр при постоянном давлении (такт впуска).
Процесс 1–2: заряд адиабатически сжимается (при условии отсутствия потерь тепла в окружающую среду) по мере того, как поршень движется от НМТ к ВМТ (такт сжатия).
Процесс 2–3: заряд воспламеняется свечой зажигания, что приводит к быстрому увеличению давления в цилиндре. Это происходит при постоянном объеме и представляет собой момент, когда поршень находится в ВМТ, прежде чем двигаться вниз для завершения рабочего такта.
Процесс 3–4: Воспламененный заряд заставляет поршень двигаться вниз, что приводит к адиабатическому (изоэнтропическому) расширению газа (рабочий ход).
Процесс 4–1: Вся энергия (тепло), выделяемая при сгорании заряда, преобразуется в движение цилиндра вниз, и тепло рассеивается в процессе постоянного объема, пока поршень находится в НМТ.
Процесс 1–0: масса воздуха и любого остаточного топлива, которое остается после сгорания, выбрасывается в атмосферу через открытый выпускной клапан в процессе постоянного давления (такт выпуска).
Нумерация цилиндров и порядок включения
Важно понимать, что не все цилиндры в любом двигателе выполняют одну и ту же часть цикла в одно и то же время; скорее, каждый из них срабатывает в определенной последовательности, предназначенной для обеспечения бесперебойной работы двигателя и непрерывной подачи мощности на винт.Производители авиационных двигателей всегда маркируют каждый цилиндр двигателя и публикуют порядок работы двигателя.
Порядок зажигания разработан для максимально возможной балансировки двигателя за счет обеспечения (в случае горизонтально расположенного двигателя) движения противоположных поршней в одном направлении. В четырехтактном четырехцилиндровом двигателе каждый цилиндр должен выполнять один из четырех тактов в любой момент времени.
Предварительное зажигание и детонация
Преждевременное зажигание и детонация — это два отдельных, но похожих явления, которые приводят к преждевременному воспламенению топливно-воздушного заряда, что приводит к повреждению поршней и потере мощности.
Преждевременное зажигание: относится к воспламенению топливно-воздушной смеси до зажигания свечи зажигания и вызывается любым источником в цилиндре, достаточно горячим, чтобы спровоцировать воспламенение. Распространенными причинами преждевременного зажигания являются горячие точки в камере сгорания, горячий выпускной клапан, перегретая свеча зажигания или тлеющие частицы углерода, отложившиеся в цилиндре. Преждевременное зажигание обычно происходит в одном цилиндре (самом горячем цилиндре), тогда как детонация происходит во всех цилиндрах одновременно.
Детонация (детонация): во время такта сжатия топливно-воздушный заряд подвергается быстрому повышению давления и температуры по мере уменьшения объема. Чем выше степень сжатия двигателя, тем горячее становится заряд. При очень высоких степенях сжатия может возникнуть ситуация, когда заряд мгновенно воспламенится (взорвется) до назначенного момента сгорания. Это известно как детонация и вызывает молотообразный удар по поршню вместо контролируемого плавного толчка во время рабочего такта.Детонация может произойти при использовании топлива с неправильным октановым числом. Топливо с более высоким октановым числом способно выдерживать большее сжатие перед воспламенением; поэтому крайне важно использовать топливо с правильным октановым числом для конкретного двигателя. Если рекомендуемое топливо с октановым числом недоступно, следует использовать следующее топливо с самым высоким октановым числом. Использование топлива с октановым числом ниже рекомендуемого может привести к детонации.
Детонация все еще может произойти, даже если используется топливо с правильным октановым числом.Следующее также может вызвать детонацию, если не будет устранено во время полета:
- Полеты с более высоким давлением в коллекторе, чем рекомендуется – это приведет к повышению температуры и давления в головке блока цилиндров выше нормальных рабочих пределов.
- Полеты на слишком бедной смеси – более бедные смеси повышают температуру головки блока цилиндров. Детонация может произойти при добавлении мощности, но без обогащения смеси перед этим.
- Повышение температуры головки блока цилиндров сверх нормальных рабочих пределов из-за отсутствия аэродинамического охлаждения.Авиационные двигатели с воздушным охлаждением могут перегреваться при наборе высоты, если за ними не следить. Может потребоваться уменьшить скорость набора высоты или выполнить ступенчатый набор высоты в тех случаях, когда температура головки блока цилиндров приближается к предельным значениям.
На этом мы подошли к концу нашего обсуждения цикла четырехтактного двигателя внутреннего сгорания. В следующем посте мы перейдем к более практическим аспектам эксплуатации поршневого самолета. Мы начнем в кабине и обсудим приборы двигателя, общие для большинства легких самолетов, прежде чем перейти к некоторым общим проблемам двигателя; как их диагностировать и что делать, если вы увидели их во время полета.
Вам понравился этот пост? Почему бы не продолжить чтение этой серии статей об авиационных поршневых двигателях и их системах?
Четырехтактный двигатель — Двигатель внутреннего сгорания
Четыре такта четырехтактного двигателя относятся к впуску, сжатию, сгоранию и выпуску. Впервые он был предложен Николаусом Отто в 1876 году и также известен как цикл Отто.
Четырехтактный технический термин означает четырехтактный цикл. Четырехтактные двигатели широко используются в современных двигателях внутреннего сгорания из-за их высокой эффективности вентиляции.Большинство двигателей легковых и грузовых автомобилей используют 4-тактные двигатели.
Четырехтактный двигательЧетыре цикла соответствуют полному циклу двигателя внутреннего сгорания. Стоит отметить, что двигатель внутреннего сгорания отдает энергию наружу только в третьем такте (ход поршня, движущегося к нижней мертвой точке во время сгорания), а энергия в остальных тактах обеспечивается за счет энергии вращения маховика.
Четыре такта четырехтактного двигателя внутреннего сгорания следующие:
При четырехтактном ходе направление движения поршня изменяется в двух соседних тактах.Двигатель внутреннего сгорания совершает полный цикл (4 такта) и коленчатый вал поворачивается на 720°.
Такт впуска
Когда впускной клапан открыт, а выпускной клапан закрыт, поршень перемещается из верхней мертвой точки в нижнюю мертвую точку.
Впускной ходОбъем цилиндра над поршнем увеличивается, и создается вакуум. Давление в цилиндре падает ниже давления на впуске, и вакуум всасывания пропускается.
Бензин, испаряемый карбюратором или устройством впрыска бензина, смешивается с воздухом, образуя горючую смесь, которая всасывается в цилиндр через впускной канал и впускной клапан.
Процесс впуска продолжается до тех пор, пока поршень не пройдет нижнюю мертвую точку и впускной клапан не закроется. Затем восходящий поршень начинает сжимать газ.
Такт сжатия
4-тактные бензиновые двигатели такта сжатия
Такт сжатия бензинового двигателяДля 4-тактных бензиновых двигателей все впускные и выпускные клапаны закрыты. Поршень движется вверх к верхней мертвой точке, и горючая смесь в цилиндре сжимается.
Повышается температура смеси и повышается давление.
Перед подходом поршня к верхней мертвой точке давление горючей смеси повышается примерно до 0,6-1,2 МПа.
В конце такта сжатия температура может достигать от 330°С до 430°С.
4-тактный дизельный двигатель такта сжатия
Такт сжатия дизельного двигателяПринцип работы четырехтактного дизельного двигателя такой же, как у четырехтактного бензинового двигателя.
Он также состоит из четырех компонентов: впускной, компрессионный, рабочий и выпускной.
Отличие в том, что такт впуска дизеля — чистый воздух. Когда такт сжатия приближается к верхней мертвой точке, дизельное топливо впрыскивается в камеру сгорания форсункой.
Поскольку температура в цилиндре в это время значительно превысила температуру самовоспламенения дизеля, впрыскиваемое дизельное топливо сгорает само по себе после небольшой задержки воспламенения, а работа выполняется извне.
Такт сгорания
Рабочий ходПри приближении такта сжатия к верхней мертвой точке установленная над головкой блока цилиндров свеча зажигания выдает электрическую искру для воспламенения сжатой горючей смеси.
Горючая смесь после сгорания выделяет большое количество тепла, при этом давление и температура газа в цилиндре быстро повышаются. Максимальное давление горения может достигать 3-6 МПа, а максимальная температура горения может достигать от 2 200 °С до 2 500 °С.
Газ высокой температуры и высокого давления подталкивает поршень к быстрому перемещению в нижнюю мертвую точку и действует снаружи через кривошипно-шатунный механизм.
В начале рабочего такта впускной и выпускной клапаны закрыты.
Такт выпуска
Когда рабочий такт подходит к концу, выпускной клапан открывается. Поскольку давление в цилиндре выше атмосферного, высокотемпературный отработавший газ быстро выбрасывается из цилиндра.
Такт выхлопаЭта ступень относится к ступени свободного выхлопа, и высокотемпературный выхлопной газ выпускается через выпускной клапан с местной скоростью звука.
По мере того, как процесс выхлопа переходит в фазу принудительного выпуска, поршень перемещается от нижней мертвой точки к верхней мертвой точке, принудительно выпуская выхлопные газы из цилиндра, и процесс выпуска заканчивается, когда поршень достигает окрестности верхней мертвой точки центр.
В конце выпуска давление газа в цилиндре немного выше атмосферного, около 0.105 до 0,115 МПа, а температура отработавших газов около 600°С до 900°С.
Поскольку камера сгорания занимает определенный объем, невозможно полностью удалить отработавшие газы в конце выпуска, а оставшаяся часть отработавших газов называется остаточными отработавшими газами.
Резюме
Впуск и выпуск четырехтактного двигателя вместе составляют 360° угла поворота коленчатого вала.
Когда поршень выдохнется, поршень поднимается в верхнюю мертвую точку, и выхлопной газ принудительно выбрасывается.
Когда всасываемый воздух опускается до нижней мертвой точки, его преимуществом является «свежая поступающая смесь.