Такты двигателя внутреннего сгорания: Рабочий цикл четырехтактного и двухтактного двигателей: описание и принцип работы

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

Содержание

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. История Впервые такая схема расширительной машины в виде… …   Википедия

  • 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

Принцип работы двигателя внутреннего сгорания

Современный автомобиль, чаще 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. 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.

 

РЕКОМЕНДУЕМ ТАКЖЕ ПРОЧИТАТЬ:

 

«Как работает ДВС?» – Яндекс.Кью

В зависимости от того как его использовать, возможен вариант прямого сжигания водорода, тогда процесс представляет собой традиционную тепловую машину, удельная теплота сгорания водорода самая высокая из всех известных топлив: 140 и 120 МДж/кг верхняя и низшая соответственно (Для сравнения у метана — 50 МДж/кг).

Проблема в том, что окислителем все равно является кислород, и возможно образование гремучей смеси.

При комнатной температуре водорода и кислорода может храниться в закрытом сосуде неограниченно долго. Однако при повышении температуры сосуда выше некоторого критического значения, зависящего от давления, смесь воспламеняется и сгорает чрезвычайно быстро, со вспышкой или взрывом. Как следствие низкий ресурс такой энергоустановки.

Другое применение — топливный элемент.

Там происходит прямое превращение энергии водорода в электрическую, причем в твердполимерных топливных элементах это происходит при температуре 40 — 60 градусов Цельсия.

Принципиальная схема представлена выше. В одну из камер подается водород (анодная камера) там происходит электроокисление водорода, при это электрон идет по внешней цепи, катион проходит через твердполимерный электролит, где в катодной камере (туда подают кислород) восстанавливается до воды. Реакции представлены ниже:

  • на аноде: 2h3 — 4е → 4H+ ;
  • на катоде: O2 + 4H+ + 4e— → 2h3O.

Суммарная реакция: 2h3 + O2 → 2h3O.

Недостатки таких систем: катализатором реакции окисления водорода являются металлы платиновой группы, а лучше всего сама платина, которая является весьма дорогой.

Такие энергоустановки не любят переменных графиков нагрузки, а сам водород должен быть высокой чистоты.

Четырёхтактный двигатель — это… Что такое 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 четыре хода поршня (такта). Этими тактами являются:

  1. Впуск — (такт впуска, поршень идёт вниз) свежая порция топливо-воздушной смеси всасывается в цилиндр через открытый впускной клапан.
  2. Сжатие (такт сжатия, поршень идёт вверх) впускной и выпускной клапаны закрыты, и топливо-воздушная смесь сжимается в объёме.
  3. Рабочий ход (такт рабочего хода, поршень идёт вниз) сжатое топливо воспламеняется свечой зажигания, расположенной над поршнем, при сгорании высвобождается энергия, которая воздействует на поршень, заставляя его двигаться вниз. Фактически на такте рабочего хода происходит работа двигателя.
  4. Выпуск (такт выпуска, поршень идёт вверх) на этом такте открываются выпускные клапаны, и выхлопные газы, проходя через них, очищают цилиндр.

По окончании 4-го такта всё повторяется в том же порядке.

История

Цикл Отто

Идеализированный цикл Отто, показанный в координатах давление (Р) и объём (V):  такт впуска(A) , представляющий собой изобарическое расширение; за ним следует  такт сжатия (B) , представляющий собой адиабатический процесс. Далее следуют сжигание топлива, которое является изохорическим процессом, и адиабатическое расширение, характеризующие  такт рабочего хода (C) . Цикл завершается изохорическим процессом и изобарическим сжатием, характеризующими
 такт выпуска (D) . TDC — верхняя мёртвая точка; BDC — нижняя мёртвая точка

Четырёхтактный двигатель впервые был запатентован Алфоном де Роше (англ.) в 1861 году. До этого около 1854—1857 годов два итальянца (Евгенио Барсанти и Феличе Матоцци) изобрели двигатель, который, по имеющейся информации, мог быть очень похож на четырёхтактный двигатель, однако тот патент был утерян.

Первым человеком, реально построившим четырёхтактный двигатель, был немецкий инженер Николаус Отто. Вот почему четырёхтактный принцип сегодня известен, в основном, как цикл Отто, а четырёхтактный двигатель, использующий свечи зажигания, часто называется двигателем Отто.

Цикл Отто состоит из адиабатического сжатия, сообщения теплоты при постоянном объёме, адиабатического расширения и отдачи теплоты при постоянном объёме. В случае четырёхтактного цикла Отто имеется также изобарическое сжатие и изобарическое расширение, которые обычно не рассматриваются, так как в идеализированном процессе они не играют роли в сообщении рабочему газу теплоты или в совершении газом работы.

Это видеоролик о работе двигателя Отто. (2 мин 16 сек, 320×240, 340 кбит/с)

Октановое число топлива

Мощность на коленчатый вал двигателя внутреннего сгорания передаётся на вал от расширяющихся газов, в основном, во время такта рабочего хода. Сжатие топливо-воздушной смеси до очень малого объёма повышает эффективность рабочего хода, но увеличение степени сжатия в цилиндре также сильнее нагревает сжимающуюся топливо-воздушную смесь (согласно закону Шарля).

Если топливо легковоспламеняемое, с низкой температурой вспышки, то это может привести к возгоранию топливо-воздушной смеси до того, как поршень достигнет верхней мёртвой точки. Это, в свою очередь, будет заставлять поршень двигаться в сторону, противоположную требуемому направлению вращения коленчатого вала. Топливо, которое воспламеняется в верхней мёртвой точке, но до того, как поршень начнёт двигаться вниз, может повредить поршень и цилиндр из-за наличия в малом объёме очень большого количества тепловой энергии, не имеющей возможности выхода. Это повреждение часто проявляет себя как стук двигателя, и оно ведёт к перманентному повреждению двигателя, если случается постоянно.

Октановое число является мерой сопротивления топлива к самовоспламенению под воздействием возрастающих температур. Топлива с более высокими октановыми числами позволяют осуществлять более высокую степень сжатия без риска повреждения двигателя вследствие самовоспламенения.

Для работы дизельных двигателей самовоспламенение необходимо. Они предотвращают возможное повреждение двигателей путём раздельного впрыска топлива под большим давлением в цилиндр очень незадолго до того, как поршень достигнет верхней мёртвой точки. Воздух без топлива может быть сжат очень сильно без опасности самовоспламенения, и в то же время, находящееся под высоким давлением топливо в системе подачи топлива не может самовоспламениться без присутствия воздуха.

Факторы, ограничивающие мощность двигателя

Четырёхтактный цикл
1=верхняя мёртвая точка
2=нижняя мёртвая точка
 A: такт впуска 
 B: такт сжатия 
 C: такт рабочего хода 
  D: такт выпуска 

Максимальная мощность двигателя вырабатывается при максимальном количестве всасываемого воздуха. Мощность, вырабатываемая поршневым двигателем, связана с его размерами (объёмом цилиндра), объёмным КПД, потерь энергии, степени сжатия топливо-воздушной смеси, содержания кислорода в воздухе и частоты вращения. Это справедливо как для двухтактных, так и для четырёхтактных двигателей. Частота вращения в конечном счёте ограничена прочностью материалов и свойствами смазки. Клапана, поршни и коленчатые валы испытывают больши́е динамические нагрузки. На слишком высоких оборотах двигателя могут происходить физические повреждения и дрожание поршневых колец, и это приводит к потерям энергии и даже разрушению двигателя. Поршневые кольца колеблются вертикально в каналах, в которых они находятся. Эти колебания колец ухудшают уплотнение между кольцами и стенками цилиндра, что приводит к потерям давления в цилиндре и мощности. Если вал двигателя вращается слишком быстро, то пружины клапанов не успевают достаточно быстро срабатывать, и клапана не успевают закрываться. Эта ситуация называется «плаванием клапанов» (англ.), и она может привести к контакту поршня и клапанов, вызвав серьёзные повреждения. На высоких скоростях условия смазки на границе поверхностей поршня и цилиндра ухудшаются. Это ограничивает скорость поршней промышленных двигателей величиной около 10 м/с.

Потоки через впускной и выпускной каналы

Выходная мощность двигателя зависит от всасывающей способности, и от возможностей выхлопных газов быстро перемещаться через клапанные каналы, как правило расположенные в головках цилиндров (англ.). Для увеличения выходной мощности можно минимизировать количество изгибов тех каналов, по которым движутся всасываемые и выхлопные потоки, а также сделать их более плавными, благодаря чему уменьшится сопротивление этим потокам. Для этого радиусы поворотов клапанных каналов и сёдла клапанов можно модифицировать таким образом, чтобы их аэродинамическое сопротивление было минимальным. Можно, кроме того, использовать разделение потока на несколько частей.

Принудительное нагнетание воздуха в цилиндры

Один из путей увеличения мощности — это принудительное нагнетание дополнительного количества воздуха в цилиндры, благодаря чему при каждом рабочем ходе может вырабатываться больше мощности. Такое принудительное нагнетание может производиться некоторыми типами компрессорных устройств, называемых нагнетателями. Последние могут приводиться в движение от коленчатого вала или выхлопных газов.

Нагнетание повышает предел мощности двигателя внутреннего сгорания при том же самом объёме цилиндра. В общем случае, нагнетатель всегда работает, но есть конструкции, позволяющие отключать его, или позволяющие ему работать с разными скоростями (относительно скорости двигателя).

Недостатком механически осуществляемого нагнетания является то, что часть выходной мощности расходуется на приведение в движение нагнетателя. Воздух в цилиндре сжимается дважды, но расширяется только в один этап. Поэтому часть мощности понапрасну расходуется с выхлопами высокого давления.

Турбонагнетание

Турбонагнетатель или турбокомпрессор (ТК, ТН) — это такой нагнетатель, который приводится в движение выхлопными газами. Получил своё название от слова «турбина» (фр. turbine от лат. turbo — вихрь, вращение). Это устройство состоит из двух частей: роторного колеса турбины, приводимого в движение выхлопными газами, и центробежного компрессора, закреплённых на противоположных концах общего вала. Струя рабочего тела (в данном случае, выхлопных газов) воздействует на лопатки, закреплённые по окружности ротора, и приводит их в движение вместе с валом, который изготовляется единым целым с ротором турбины из сплава, близкого к легированной стали. На вале, помимо ротора турбины, закреплён ротор компрессора, изготовленный из алюминиевых сплавов, который при вращении вала позволяет «закачивать» под давлением воздух в цилиндры ДВС. Таким образом, в результате действия выхлопных газов на лопатки турбины одновременно раскручиваются ротор турбины, вал и ротор компрессора. Применение турбокомпрессора совместно с промежуточным охладителем (интеркулером) позволяет обеспечивать подачу более плотного воздуха в цилиндры ДВС (в современных турбированных двигателях используется именно такая схема). Часто при применении в двигателе турбокомпрессора говорят о турбине, не упоминая компрессора. Турбокомпрессор — это одно целое. Нельзя использовать энергию выхлопных газов для подачи воздушной смеси под давлением в цилиндры ДВС при помощи только турбины. Нагнетание воздуха обеспечивает именно та часть турбокомпрессора, которая именуется компрессором.

На холостом ходу, при небольших оборотах, турбокомпрессор вырабатывает небольшую мощность и приводится в движение малым количеством выхлопных газов. В этом случае турбонагнетатель малоэффективен, и двигатель работает примерно так же, как без нагнетания. Когда от двигателя требуется намного большая выходная мощность, то его обороты, а также зазор дросселя, увеличиваются. Пока количества выхлопных газов достаточно для вращения турбины, по впускному трубопроводу подаётся намного больше воздуха.

Турбонагнетание позволяет двигателю работать более эффективно, потому что турбонагнетатель использует энергию выхлопных газов, которая, в противном случае, была бы (большей частью) потеряна.

Однако существует технологическое ограничение, известное как «турбояма» («турбозадержка») (за исключением моторов с двумя турбокомпрессорами — маленьким и большим, когда на малых оборотах работает маленький ТК, а на больших — большой, совместно обеспечивая подачу необходимого количества воздушной смеси в цилиндры). Мощность двигателя увеличивается не мгновенно из-за того, что на изменение частоты вращения двигателя, обладающего некоторой инерцией, будет затрачено определённое время, а также из-за того, что чем больше масса турбины, тем больше времени потребуется на её раскручивание и создание давления, достаточного для увеличения мощности двигателя. Кроме того, повышенное выпускное давление приводит к тому, что выхлопные газы передают часть своего тепла механическим частям двигателя (эта проблема частично решается заводами-изготовителями японских и корейских ДВС путём установки системы дополнительного охлаждения турбокомпрессора антифризом).

Отношение длины шатуна к длине хода поршня

Более длинный шатун уменьшает боковые нагрузки со стороны поршня на стенки цилиндра, и уменьшает ударные нагрузки. Как следствие двигатель с длинным шатуном служит дольше, и он надёжнее. Однако увеличение длины шатуна ведёт к увеличению габаритов двигателя, его массы и стоимости. Кроме того, при возрастании длины шатуна увеличивается время нахождения поршня в верхней мёртвой точке. Как следствие, увеличивается время, в течение которого газ в цилиндре находится при высокой температуре, что ведёт к повышенному нагреву двигателя.

В настоящее время более актуальным параметром оценки ДВС является отношение хода поршня к диаметру цилиндра или наоборот. Для более быстроходных бензиновых двигателей это отношение близко к 1, на дизельных моторах ход поршня, как правило, чуть больше диаметра цилиндра.

Газораспределительный механизм

Клапаны обычно управляются через распределительный вал, вращающийся со скоростью, равной половине скорости коленчатого вала. Распределительный вал имеет несколько кулачковых механизмов, каждый из которых рассчитан так, чтобы открывать и закрывать «свой» клапан в определённое время цикла.

Во многих двигателях используются один или несколько распределительных валов, расположенных над рядом цилиндров (или над каждым рядом цилиндров). Помимо верхнего расположения распредвала часто встречается, казалось бы, забытое на легковых авто нижнее положение распредвала в блоке цилиндров. При этом кинематическая цепочка включает (снизу вверх) толкатели штанги и коромысла. Эта система, применение которой обусловлено простотой, надёжностью и компактностью, успешно себя зарекомендовала на грузовых автомобилях. Эта схема позволяет конструировать моторы с более низким центром тяжести.

Первая из описанных выше конструкций газораспределительного механизма обычно позволяет двигателям работать с бо́льшими скоростями, поскольку в этом случае имеется более короткая кинематическая цепь от кулачка к клапану.

Баланс энергии

Двигатели Отто имеют КПД около 35 % — иными словами, 35 % энергии, генерируемой при сжигании топлива, преобразуется в энергию вращательного движения выходного вала двигателя, а остальное теряется в виде тепла. Для сравнения: шеститактный двигатель может преобразовывать в полезную вращательную энергию более 50 % энергии, высвобождаемой при горении топлива.

Современные двигатели часто конструктивно имеют намеренно меньший КПД, чем они могли бы иметь. Это необходимо для уменьшения выбросов с помощью таких средств как система рециркуляции выхлопных газов и каталитический конвертер.

Уменьшению КПД можно препятствовать с помощью системы контроля двигателя (англ.), использующей технологии эффективного сжигания топлива.[1]

Применение

Сегодня двигатели внутреннего сгорания в легковых и грузовых автомобилях, самолётах и во многих других машинах в большинстве случаев используют четырёхтактный цикл. Четырёхтактные двигатели могут быть как бензиновыми, так и дизельными.

Примечания

  1. Air pollution from motor vehicles By Asif Faiz, Christopher S. Weaver, Michael P. Walsh
Принцип работы двигателя внутреннего сгорания в 4 такта

Двигатель внутреннего сгорания, который сейчас стоит едва ли не на каждом автомобиле в мире, был создан настолько давно, что сейчас это даже сложно представить. Ведь датой появления первого образца такого агрегата считается 1860 год.

То есть, механизм, который, пусть и претерпел ряд изменений, но остался всё тем же устройством, был создан ещё в девятнадцатом столетии. Причиной такой популярности стал простой и понятный принцип работы двигателя внутреннего сгорания.

как работает двигатель внутреннего сгораниякак работает двигатель внутреннего сгорания

Проведём небольшой экскурс в историю. Уже упомянутое выше изобретение Ленуара, созданное в 1860 году, имело ряд конструктивных недоработок, что серьёзно его снижало КПД. Потому, широкого распространения этот двигатель не получил.

Зато стал плодом для размышлений другого конструктора, чьё имя так же вошло в историю. Им стал немец Николаус Отто, который смог доработать механизм, создав двухтактный двигатель.

В итоге работа двигателя внутреннего сгорания Отто показала КПД выше 15%, таким образом полностью вытеснив двигатели первооткрывателя. Конечно же, созданный в 1863 году двигатель не был верхом совершенства.

И спустя некоторое время, после значительных коррекций своего механизма, Отто выпускает четырёхтактный двигатель внутреннего сгорания – предка тех моторов, работу которые мы каждый день видим, наблюдая за современным автотранспортом.

В разное время механизм, созданный Отто многократно улучшали. Но принцип работы двс существенно не изменился.

Четыре такта Отто — так происходит работа ДВС

Гениальный немец создал принцип, который никто не сумел не только превзойти, но и существенно улучшить так, чтобы вытеснить оригинал.

Работа ДВС это четыре повторяющихся действия, которые получили название «цикл Отто». Первым идёт такт впуска, затем – сжатие, рабочий ход, и, наконец – выпуск. Чтобы понять, как работает ДВС, рассмотрим каждый такт работы двигателя отдельно.

Шаг первый в работе двигателя внутреннего сгорания — впуск

В процессе этого такта топливо, смешиваясь с воздухом, попадает в цилиндр, благодаря действию поршня.

работа двигателя внутреннего сгоранияработа двигателя внутреннего сгорания

Клапан впуска при этом находится в открытом состоянии. К слову, в наше время есть масса двигателей, где клапанов сразу несколько. И это делается с целью повышения мощности двигателя.

Ещё одним способом повышением мощности стали двигатели, в которых педалью газа можно регулировать количество топлива, попадающего в цилиндры, путём удержания клапанов в открытом состоянии. На время ускорения машины это влияет весьма положительно.

Шаг второй в работе ДВС — сжатие

В ходе второго такта, поршень из нижней точки начинает постепенно подниматься. Благодаря этому, топливовоздушная смесь сжимается и попадает уже в таком состоянии в камеру сгорания. Движение поршня обеспечивается вращением коленчатого вала и шатуна.

принцип работы двигателя внутреннего сгоранияпринцип работы двигателя внутреннего сгорания

Третий шаг в принципе работы двигателя внутреннего сгорания — рабочий ход

Такт сжатия завершается воспламенением горючей смеси в результате попадания искры зажигания. Полученные в результате сжигания газы имеют больший объём, потому двигают поршень вниз, и он через шатун двигает коленвал. Это называется рабочим циклом.

принцип работы двспринцип работы двс

Четвертый шаг в работе двигателя внутреннего сгорания — выпуск

Четвёртый такт называется выпуском. При перемещении поршня в верхнее положение, происходит открытие впускного клапана. Теперь газы могут выйти наружу а цилиндр получает вентиляцию.

Принцип работы двигателя внутреннего сгоранияПринцип работы двигателя внутреннего сгорания

Современные двигатели внутреннего сгорания, типы и принципы работы

Автомобильный рынок предлагает очень много различных типов двигателей, созданных по знакомому нам принципу.

Сейчас мы привыкли считать классикой карбюраторный двигатель, который обычно устанавливается на ВАЗ 2106. Что примечательно, его создал наш соотечественник Огнеслав Костович. Произошло это в 1880, или чуть позже. Сейчас нет точной информации об этом. Тем не менее, это был первый шаг к появлению того, что мы привыкли считать стандартным карбюраторным ДВС.

Работа двигателя стала более производительной. Пользуясь этой разработкой, немцы Даймлер и Майбах (сейчас эти фамилии известны всем автолюбителям), создали облегчённую версию карбюраторного двигателя на бензине. Первым такой двигатель получил не автомобиль из Германии, а мотоцикл.

Принцип работы двигателя внутреннего сгоранияПринцип работы двигателя внутреннего сгорания

Дизельные двигатели

Казалось бы, всё, что можно было придумать, уже создано. Но, так не считал талантливый изобретатель из Германии Рудольф Дизель. Его интересовало, как можно ещё изменить и усовершенствовать принцип Отто. В результате его трудов, появился ещё один двигатель, который по сей день используется повсеместно, особенно – в грузовом автотранспорте.

В чём же принцип работы дизельного двигателя? В таких двигателях, дизельное топливо, или как его ещё называют, солярка, впрыскивается в нужное время под давлением. В результате, горючая смесь образуется непосредственно в двигателе, где частички сжатого топлива соединяются с воздухом и под давлением происходит возгорание.
Принцип работы двигателя внутреннего сгорания применяется в современных машинахПринцип работы двигателя внутреннего сгорания применяется в современных машинах

Увидеть, как работает двигатель внутреннего сгорания можно здесь:

Также на эту тему вы можете почитать:

Поделитесь в социальных сетях

Alex S 8 октября, 2013

Опубликовано в: Полезные советы и устройство авто

Метки: Как устроен автомобиль

Четырехтактный двигатель внутреннего сгорания

4-тактный двигатель внутреннего сгорания

Гленн
Исследовательский центр

Это анимационный компьютерный рисунок одного цилиндра Райта Братья 1903 авиационный двигатель. Этот двигатель работал первым, тяжелее, чем воздушные, самоходные, маневренные, пилотируемые самолеты; Райт 1903 Флаер.Двигатель состоял из четырех цилиндры как показано выше, с каждый поршень соединен с общим коленчатый вал. Коленчатый вал был соединен с двумя встречно-вращающимися пропеллеры который произвел тяга, необходимая для преодоления сопротивление самолета.

Дизайн братьев очень прост по сегодняшним стандартам, так что это хороший двигатель для студентов, чтобы учиться, чтобы изучить основы работа двигателя. Этот тип внутреннее сгорание двигатель называется четырехтактный двигатель , потому что есть четыре движения, или инсульты, поршня до того, как вся последовательность запуска двигателя повторяется.Четыре удара описаны ниже с некоторыми неподвижными фигурами. В анимации и на всех рисунках мы раскрасили система впуска топлива / воздуха красный, электрическая система зеленый, а Система вытяжки синий. Мы также представляем топливно-воздушную смесь и выхлопные газы небольшими цветные шарики, чтобы показать, как эти газы движутся через двигатель. Поскольку мы будем ссылаться на движение различных частей двигателя, здесь фигура, показывающая названия частей:

Ход поршня

Двигатель цикл начинается с ход впуска как поршень потянулся к коленвалу (на рисунке слева).

Впускной клапан открыт, а топливо и воздух проходят через клапан и в камеру сгорания и цилиндр от впускного коллектора, расположенного сверху камеры сгорания. Выпускной клапан закрыт, а электрический контактный выключатель разомкнут. Топливно-воздушная смесь находится на относительно низком уровне давление (около атмосферного) и окрашен в синий цвет на этом рисунке. В конце такта впуска поршень расположен в крайнем левом положении и начинает двигаться назад в направлении право.

Цилиндр и камера сгорания заполнены топливно-воздушной смесью низкого давления и, когда поршень начинает двигаться вправо, впускной клапан закрывается.

Историческая справка — Открытие и закрытие впускного клапана двигателя Wright 1903 братья назвали его «автоматическим». Это зависит от немного более низкого давления в в цилиндре во время такта впуска для преодоления силы пружины, удерживающей клапан закрытым. Современные двигатели внутреннего сгорания делают не работать таким образом, но использовать кулачки и кулисы, как выхлопная система братьев. Кулачки и кулисы обеспечивают лучший контроль и время открытия и закрытие клапанов.

Ход компрессии

При закрытом обоих клапанах комбинация цилиндра и камеры сгорания сформировать полностью закрытый сосуд, содержащий смесь топлива и воздуха. Как поршень толкается вправо, объем уменьшается и топливно-воздушная смесь сжатый во время такт сжатия.

Во время сжатия нет высокая температура переводится в топливно-воздушную смесь. Поскольку объем уменьшается из-за движения поршня, давление в газе увеличилась, как описано в законах термодинамика.На рисунке смесь окрашена желтый для обозначения умеренного повышения давления. Чтобы создать повышенное давление, мы должны сделать работай на смеси, просто как вы должны сделать работу, чтобы накачать велосипедную шину с помощью насоса. Во время такта сжатия электрический контакт остается открытым. Когда громкость самая маленькая, и давление самое высокое, как показано на рисунке, контакт замкнут, и ток электричество течет через вилку.

Мощность хода

В начале рабочего хода электрический контакт размыкается.Внезапное размыкание контакта вызывает искру в камере сгорания, которая воспламеняет топливно-воздушную смесь быстрое сгорание выбросов топлива высокая температура, и производит выхлопные газы в камере сгорания.

Поскольку впускной и выпускной клапаны закрыты, сгорание топливо происходит в полностью закрытом (и почти постоянном объеме) сосуде. сгорание увеличивает температура выхлопных газов, любой остаточный воздух в камере сгорания, и сама камера сгорания.Из закон идеального газа, повышенная температура газов также приводит к увеличению давление в камере сгорания. Мы нарисовали газы красным цветом на рисунке обозначить высокое давление. Высокое давление газов, действующих на поверхность поршня заставляет поршень двигаться влево, что инициирует рабочий ход.

В отличие от такта сжатия, горячий поршень воздействует на поршень во время рабочего такта. Сила на поршень передается шток поршня на коленчатый вал, где находится линейный Движение поршня преобразуется в угловое движение коленчатого вала.Работа сделано на поршень затем используется для поворота вала, и винты, и сжимать газы в такте сжатия соседнего цилиндра. имеющий произвела искру зажигания, электрический контакт остается открытым.

Во время рабочего хода объем, занимаемый газами увеличивается из-за движения поршня и нет высокая температура переводится в топливно-воздушную смесь. Поскольку объем увеличивается из-за движения поршня, давление и температура газа уменьшилось.Мы покрасили выхлопные «молекулы» в желтый цвет, чтобы обозначить умеренное давление в конце рабочего хода.

Историческая справка — Способ получения электрической искры Используемая братьями Райт называется «делай и ломай» связь. Там движущиеся части, расположенные внутри камеры сгорания. Современное внутреннее сгорание двигатели не используют этот метод, но вместо этого используют свечу зажигания, чтобы произвести искра зажигания. Свеча зажигания не имеет движущихся частей, что намного безопаснее, чем метод, используемый братьями.

Ход выхлопных газов

В конце рабочего хода поршень находится слева. Нагреть это осталось от силового хода сейчас переданы к воде в водяная рубашка пока давление не приблизится к атмосферному давление. Затем открывается выпускной клапан кулачком, нажимающим на рычаг, чтобы начать ход выхлопа.

Цель выхлопа Ход должен очистить цилиндр отработавшего выхлопа при подготовке к другому цикл зажигания.Когда начинается такт выпуска, цилиндр и камера сгорания заполнены продуктов выхлопа при низком давлении (синего цвета на рисунке выше.) Потому что выпускной клапан открыт, выхлопной газ выталкивается через клапан и выходит из двигателя. Впускной клапан закрыт и электрический контакт разомкнут при этом движении поршня.

В конце такта выпуска выпускной клапан закрывается и двигатель начинается еще один ход впуска.

Историческая справка — Выхлопная система, используемая братьями Райт заставил горячий выхлоп выходить из каждого цилиндра независимо… сразу за пилоту. Этот двигатель был очень громким. Коллекционирование современных автомобилей выхлоп из всех цилиндров в выпускной коллектор (так же, как впускной коллектор используется братьями). Выпускной коллектор проходит через выхлоп в каталитический нейтрализатор для удаления опасных газов, а затем через глушитель, чтобы держать его тихо, и, наконец, из выхлопной трубы.

Теперь вы должны иметь возможность понять анимация вверху этой страницы. Обратите внимание, что коленчатый вал делает два революции за каждый оборот кулачков.Это движение контролируется временная цепь. Также обратите внимание, как кулачок перемещает выпускной клапан как раз в нужное время и как быстро впускной клапан открывается после выпуска клапан закрыт. При реальной работе двигателя ход выхлопа не может толкнуть все выхлоп из цилиндра, поэтому реальный двигатель не работает так же хорошо, как идеальный двигатель описан на этой странице. Когда двигатель работает и нагревается, производительность меняется. Современные автомобильные двигатели регулируют соотношение топливо / воздух с компьютерным управлением топливные форсунки для поддержания высокой производительности.Братья просто должны были смотреть мощность их двигателя упала примерно с 16 лошадиных сил, когда двигатель был Сначала начал около 12 лошадиных сил, когда стало жарко.


Деятельность:

Экскурсии с гидом

Навигация ..


Руководство для начинающих. Домашняя страница
,

внутреннего сгорания | HowStuffWorks

Принцип, лежащий в основе любого поршневого двигателя внутреннего сгорания: если вы поместите небольшое количество топлива с высокой удельной энергией (например, бензина) в небольшое замкнутое пространство и подожжете его, высвобождается невероятное количество энергии в виде расширяющегося газа. ,

Вы можете использовать эту энергию для интересных целей. Например, если вы можете создать цикл, который позволяет запускать взрывы, подобные этому, сотни раз в минуту, и если вы можете использовать эту энергию полезным способом, то у вас есть ядро ​​автомобильного двигателя.

Почти каждый автомобиль с бензиновым двигателем использует четырехтактный цикл сгорания для преобразования бензина в движение. Четырехтактный подход также известен как цикл Отто , в честь Николая Отто, который изобрел его в 1867 году. Четыре удара показаны на Рис. 1 . Они:

  • Ход впуска
  • Ход сжатия
  • Ход горения
  • Ход выпуска

Этот контент не совместим с этим устройством.

Рисунок 1

Поршень соединен с коленчатым валом с помощью шатуна . Поскольку коленчатый вал вращается, он имеет эффект «сброса пушки». Вот что происходит, когда двигатель проходит свой цикл:

  1. Поршень запускается сверху, впускной клапан открывается, и поршень движется вниз, чтобы двигатель мог впустить цилиндр, наполненный воздухом и бензином. Это , ход впуска .Чтобы это работало, в воздух нужно подмешать только крошечную каплю бензина. (Часть 1 рисунка)
  2. Затем поршень перемещается назад, чтобы сжать эту топливно-воздушную смесь. Сжатие делает взрыв более мощным. (Часть 2 рисунка)
  3. Когда поршень достигает максимума своего хода, свеча зажигания зажигает искру, чтобы зажечь бензин. Заряд бензина в цилиндре взрывается , приводя поршень в действие. (Часть 3 рисунка)
  4. Как только поршень достигнет нижнего положения своего хода, выпускной клапан открывается, и выпуск выпускается из цилиндра, чтобы выйти из выхлопной трубы.(Часть 4 рисунка)

Теперь двигатель готов к следующему циклу, поэтому он потребляет еще один заряд воздуха и газа.

В двигателе линейное движение поршней преобразуется во вращательное движение коленчатым валом. Вращательное движение приятно, потому что мы все равно планируем вращать (вращать) колеса автомобиля.

Теперь давайте рассмотрим все части, которые работают вместе, чтобы это произошло, начиная с цилиндров.

,

Двигатели внутреннего сгорания — Wikiversity

Двигатели внутреннего сгорания (или IC Двигатели или ICE, как их можно также назвать) используются в повседневной жизни и могут быть найдены в: автомобилях; грузовики; мотоциклы; легкие самолеты; строительная техника и транспортные средства; железнодорожные локомотивы; стационарные энергосистемы; и лодки и корабли всех размеров. Изучение двигателей превратилось в отрасль машиностроения.

Существует два типа двигателей IC,

  1. Четырехтактный двигатель и
  2. Двухтактный двигатель


Также двигатели могут быть классифицированы по циклам, которые они следуют, приведенные ниже

  1. Дизельный двигатель
  2. бензиновый двигатель

Четырехтактные двигатели, как следует из названия, имеют четыре различных цикла, а именно
a.впуск
б. сжатие
гр. зажигание / расширение
d. выхлоп

В двухтактном режиме всего два цикла, и каждый из них имеет два цикла, работающих одновременно.
впуск / выпуск
б. воспламенение / сжатие

Несколько определений:

 TDC: верхняя мертвая точка. Это самая верхняя часть, которую поршень может достичь в вертикальном двигателе. 
BDC: нижняя мертвая точка. Это самая нижняя часть, которую поршень может достичь в вертикальном двигателе.

Коэффициент сжатия Двигатель внутреннего сгорания в основном представляет собой насос, который сжимает воздушно-топливную смесь (или просто «воздух» в случае двигателей с непосредственным впрыском) и затем зажигает ее, чтобы она расширялась и производила механическую энергию. Степень сжатия в основном говорит о том, насколько двигатель сжимает определенный объем воздуха, который он всасывает. Двигатель со степенью сжатия 12: 1 означает, что на каждые 12 единиц всасываемого воздуха поршень сжимает этот воздух до объема 1 единицы.Чем больше воздуха вытесняется в камеру сгорания, тем больше энергии вырабатывается на мощность двигателя в ходе такта расширения

Одним из ограничивающих факторов в увеличении степени сжатия называется детонация (известная как детонация или пинг двигателя), когда вместо контролируемого горения смесь воздуха и топлива взрывается, что потенциально может повредить двигатель. Кроме того, двигатель с более высокой степенью сжатия имеет тенденцию к меньшему зазору между поршнем в верхней мертвой точке (ВМТ) и полностью открытыми клапанами, а работа на высоких оборотах может привести к смещению клапана, что может привести к контакту между клапанами и поршнем.

Коэффициент сжатия = (Рабочий объем + объем зазора) / Объем зазора

Рабочий объем = объем поршня, пройденного за один полный ход от ВМТ до ВМТ

Объем свободного пространства = объем камеры сгорания, когда поршень находится в ВМТ

Бензиновый двигатель Бензиновые двигатели, также известные как двигатели с искровым зажиганием, нуждаются во внешнем источнике энергии для зажигания топлива как для запуска, так и для работы двигателя. Как следует из обоих названий, этот двигатель использует свечи зажигания для обеспечения искры зажигания и бензин (бензин) в качестве топлива.


Системы бензинового двигателя

1. Топливная система подает топливо из бензобака в карбюратор. Там он смешивается с воздухом и всасывается в цилиндры двигателя. С электронным впрыском топлива, он идет прямо из бака в цилиндры с помощью электронного компьютера.

2. Система зажигания подает искры для зажигания топливной смеси в цилиндрах. С помощью катушки зажигания и размыкателя контактов он заряжает 12-вольтовую батарею, которая, в свою очередь, генерирует импульсы 20000 вольт.Они проходят через распределитель к свечам зажигания в цилиндрах, где они создают искры. Зажигание топлива в цилиндрах дает температуру 700 ° C и более.

3. В системе водяного охлаждения, при которой вода циркулирует через каналы в блоке цилиндров, отводя тепло. Он течет по трубам в радиаторе, которые охлаждаются продуваемым воздухом вентилятором.

4. Система смазки также снижает тепловыделение, но ее функциональная задача заключается в покрытии движущихся частей маслом, которое под давлением подается к распределительному валу, коленчатому валу и приводному клапану.

5. Карбюратор — это сердце бензинового / бензинового двигателя. Он измеряет топливно-воздушную смесь в точных пропорциях. Старые карбюраторы производят опережение, измеряя разницу давления между внешней и внутренней частью карбюратора. Количество продвижения дросселя также измеряется. Останки двигателя, которые могут быть окисью углерода или несгоревшими углеводородами, показывают, насколько хорошо работает карбюратор.


Классификация бензиновых двигателей

Поршневые двигатели классифицируются по нескольким направлениям.Некоторые из них как:


1. В зависимости от способа охлаждения,

а. Двигатели с воздушным охлаждением: тепло от двигателя излучается в окружающий воздух. Обычно предусмотрены алюминиевые ребра, так как они являются хорошими проводниками тепла. Ребра увеличивают общую площадь контакта с окружающим воздухом, обеспечивая максимальное рассеивание тепла.

б. Двигатели с водяным охлаждением: Эти двигатели циркулируют охлаждающую жидкость / воду через кожухи, предусмотренные на цилиндре, для отвода тепла.


2. В зависимости от количества ударов,

а. 2-тактные двигатели: завершает термодинамический цикл за два хода поршня (один оборот коленчатого вала).

б. 4-тактные двигатели: завершает термодинамический цикл за четыре такта поршня (два оборота коленчатого вала).


3. в соответствии с расположением цилиндров,

а. Встроенное расположение цилиндров: все цилиндры расположены по прямой линии.

б. V-цилиндровый двигатель или V-образный двигатель: два цилиндра наклонены друг к другу на 90 градусов.


4. В соответствии с расположением клапанов, а. Распределительный вал с одним верхним расположением (SOHC)

б. Двойной распредвал с верхним расположением цилиндров (DOHC)

Детали бензинового двигателя

Ниже приведены важные части бензинового двигателя: 1. цилиндров 2. Блок цилиндров 3. Поршень и шатуны 4. Головка блока цилиндров 5. Клапаны 6. Коленчатый вал Маховик 7. Выхлопная система 8. Распределительный вал Топливная система 9. Система смазки 10. Система зажигания

Работа бензинового двигателя

Как правило, автомобили, использующие бензиновый / бензиновый двигатель, имеют четыре такта, поскольку они более эффективны, чем двухтактный двигатель, и обеспечивают оптимальное использование полного сгорания топлива. Четырехтактный двигатель имеет четыре такта, а именно впуск, сжатие, мощность, и выхлопные удары.

1. Ход всасывания или впуска — первоначально при запуске двигателя поршень движется вниз в направлении BDC цилиндра, что создает низкое давление в верхней части. Благодаря этому открывается впускной клапан, и смесь, содержащая пары бензина и воздух, всасывается цилиндром. Именно через карбюратор смешивается соотношение бензин / бензин и воздух.

2. Ход сжатия — после этого хода впускной клапан закрывается. Теперь поршень движется к верхней части (ВМТ) цилиндра, сжимая топливную смесь до одной десятой своего первоначального объема.Температура и давление внутри цилиндра увеличивается за счет сжатия.

3. Рабочий ход — во время этого хода впускной и выпускной клапаны остаются закрытыми. Когда поршень достигает ближнего верхнего положения (ВМТ), свеча зажигания производит электрическую искру. Сжигание запускается системой зажигания, которая зажигает искру высокого напряжения через сменный воздушный зазор, называемый свечой зажигания. Возникшая искра вызывает взрыв топливовоздушной смеси. Горячие газы расширяются и заставляют поршень двигаться вниз.Поршень связан с штоком поршня, а шток поршня с коленчатым валом. Все они движутся друг с другом из-за связи между ними. Коленчатый вал соединен с колесами автомобиля. Когда коленчатый вал движется, колеса вращаются и перемещают автомобиль.

4. Ход выпуска — в этом ходе выпускной клапан остается открытым при запуске. Поршень вынужден двигаться вверх из-за полученного импульса. Это заставляет газы перемещаться через выпускной клапан в атмосферу.Теперь выпускной клапан закрывается, а впускной клапан открывается. После этого четыре такта двигателя повторяются снова и снова.

Эти двигатели широко используются в транспортных средствах, портативных электростанциях для питания насосов и другой техники на фермах. Много маленьких лодок, самолетов, грузовиков и автобусов также используют это.

Future Scope: Проводятся постоянные исследования, чтобы повысить эффективность использования топлива, уменьшить количество загрязняющих веществ и сделать его более легким и компактным.Недавно инженеры из Бирмингемского университета создали самый маленький бензиновый двигатель, который может заменить обычные батареи. Двигатель настолько мал, что его можно держать на кончике пальца.

Дизельный двигатель

Как и бензиновый двигатель, дизель — это двигатель внутреннего сгорания, который преобразует химическую энергию топлива в механическую энергию, которая вызывает возвратно-поступательное движение внутри цилиндров. Поршни соединены с коленчатым валом двигателя, который обеспечивает движение, необходимое для движения колес автомобиля.В бензиновых и дизельных двигателях энергия выпущен в серии небольших взрывов, известных как горение. Топливо химически реагирует с кислородом из воздуха, который забирается во время такта впуска двигателя. Зажигание в бензиновых двигателях происходит из-за искр от свечей зажигания, тогда как в дизельных двигателях топливо воспламеняется из-за высокой температуры сжатия. Воздух нагревается при сжатии.

Типы дизельных двигателей

Дизельные двигатели могут быть четырехтактными или двухтактными.

Четырехтактный дизельный двигатель

Работа четырехтактного дизельного двигателя заключается в следующем:

1. Ход впуска или всасывания начинается, когда поршень втягивает воздух в цилиндр через впускной клапан. Когда поршень достигает нижней части цилиндра, впускной клапан закрывается, задерживая воздух внутри цилиндра.

2. Ход сжатия начинается, когда поршень перемещается вверх по цилиндру, сжимая захваченный воздух.Давление поднимается между 32 бар-50 бар и температура до 600 градусов по Цельсию.

3. Ход впрыска начинается где-то около ВМТ такта сжатия, топливо распыляется в горячий воздух, зажигается и сгорает контролируемым образом из-за тепла сжатия, что приводит к силовому такту. 4. Выпускной ход начинается, когда поршень BDC, поршень вытесняет все сгоревшие газы через открытый выпускной клапан. В верхней части такта выпуска выпускной клапан закрывается, а впускной клапан открывается, готовый принять свежий заряд воздуха, который возвращает двигатель к начальной точке.Цикл повторяется снова.

Двухтактный дизель

Дизельный двигатель работает так же, как и четырехтактный дизельный двигатель, но сокращает четырехтактный ход поршня до двухтактного: один раз вверх и один раз вниз цилиндра.

1. Когда поршень находится наверху своего цилиндра, он находится на такте сжатия. Баллон заполнен сжатым, сильно нагретым воздухом. Дизельное топливо впрыскивается и загорается. Поршень движется вниз по цилиндру для его рабочего хода.Когда поршень приближается к нижней части рабочего хода, выпускные клапаны открываются, и большая часть сгоревших газов выбрасывается из цилиндра. Теперь, когда поршень продолжает двигаться вниз по цилиндру, он открывает ряд отверстий в стенке цилиндра. Сжатый воздух подается через эти отверстия, выталкивая оставшиеся сгоревшие газы. из цилиндра и заправки свежим воздухом.

2. По мере продвижения поршня вверх он блокирует впускные отверстия, задерживая заряд свежего воздуха в цилиндре.Хотя поршень покрыл чуть более одного хода, он уже завершил свой рабочий ход, процесс выпуска и цикл впуска. Когда поршень возвращается в цилиндр во второй раз, он сжимает свежий воздух. Когда он достигает В верхней части цилиндра происходит впрыск и сгорание, начиная цикл снова. Двухтактный двигатель производит один рабочий ход за каждый полный цикл, а четырехтактный — один рабочий ход за четыре такта.

Смотрите также [править]

,

Двигатель внутреннего сгорания — Energy Education

Двигатели внутреннего сгорания (ДВС) являются наиболее распространенной формой тепловых двигателей, так как они используются в транспортных средствах, лодках, кораблях, самолетах и ​​поездах. Они названы так, потому что топливо зажигается, чтобы сделать работу в двигателе. [1] Та же смесь топлива и воздуха затем выбрасывается в качестве выхлопных газов. Это можно сделать с помощью поршня (называемого поршневым двигателем) или с помощью турбины.

Закон идеального газа

Тепловые двигатели внутреннего сгорания работают по принципу закона идеального газа: [math] pV = nRT [/ math].Повышение температуры газа увеличивает давление, которое заставляет газ хотеть расширяться. [1] Двигатель внутреннего сгорания имеет камеру, в которую добавлено топливо, которое воспламеняется, чтобы повысить температуру газа.

Когда в систему добавляется тепло, это заставляет газ внутри расширяться. В поршневом двигателе это вызывает подъем поршня (см. Рисунок 2), а в газовой турбине горячий воздух нагнетается в камеру турбины, поворачивая турбину (Рисунок 1). Прикрепляя поршень или турбину к распределительному валу, двигатель способен преобразовывать часть подводимой энергии в систему в полезную работу. [2] Для сжатия поршня в двигателе с прерывистым сгоранием двигатель выпускает газ. Затем используется радиатор, чтобы система работала при постоянной температуре. Газовая турбина, которая использует непрерывное сгорание, просто истощает свой газ непрерывно, а не в цикле.

Поршни против турбин

Рис. 1. Схема газотурбинного двигателя. [3]

Двигатель, в котором используется поршень , , называется двигателем внутреннего сгорания с прерывистым движением , тогда как двигатель, в котором используется турбина , , называется двигателем сгорания непрерывного действия, .Разница в механике очевидна из-за названий, но разница в использовании менее очевидна.

Поршневой двигатель чрезвычайно чувствителен по сравнению с турбиной, а также более экономичен при низких выходах. Это делает их идеальными для использования в транспортных средствах, так как они также запускаются быстрее. Наоборот, турбина имеет превосходное отношение мощности к весу по сравнению с поршневым двигателем, и ее конструкция более надежна для непрерывной высокой производительности. Турбина также работает лучше, чем безнаддувный поршневой двигатель на больших высотах и ​​при низких температурах.Его легкий вес, надежность и высокая высотная способность делают турбины предпочтительным двигателем для самолетов. Турбины также широко используются на электростанциях для производства электроэнергии.

Четырехтактный двигатель

главная страница
Рисунок 2. 4-х тактный двигатель внутреннего сгорания. 1: впрыск топлива, 2: зажигание, 3: расширение (работа выполнена), 4: выхлоп. [4]

Хотя существует много видов двигателей внутреннего сгорания, четырехтактный поршневой двигатель (рис. 2) является одним из наиболее распространенных.Он используется в различных автомобилях (которые специально используют бензин в качестве топлива), таких как автомобили, грузовики и некоторые мотоциклы. Четырехтактный двигатель обеспечивает один рабочий ход на каждые два цикла поршня. Справа анимация четырехтактного двигателя и дальнейшее объяснение процесса ниже.

  1. Топливо впрыскивается в камеру.
  2. Топливо воспламеняется (в дизельном двигателе это происходит иначе, чем в бензиновом двигателе).
  3. Этот огонь толкает поршень, который является полезным движением.
  4. Отходы химикатов, по объему (или массе) это в основном водяной пар и углекислый газ. Там могут быть загрязнители, а также угарный газ от неполного сгорания.

Двухтактный двигатель

главная страница
Рисунок 3. Двухтактный двигатель внутреннего сгорания [5]

Как видно из названия, система требует только двух поршневых движений для генерации энергии. Основным дифференцирующим фактором, который позволяет двухтактному двигателю работать только с двумя поршневыми движениями, является то, что выпуск и впуск газа происходят одновременно, [6] , как видно на рисунке 3.Сам поршень используется в качестве клапана системы вместе с коленчатым валом для направления потока газов. Кроме того, из-за его частого контакта с движущимися компонентами, топливо смешивается с маслом для добавления смазки, что позволяет плавно перемещаться. В целом двухтактный двигатель содержит два процесса:

  1. Добавляется топливовоздушная смесь и поршень движется вверх (сжатие). Впускной канал открывается из-за положения поршня, и топливовоздушная смесь поступает в камеру хранения.Свеча зажигания зажигает сжатое топливо и начинает рабочий ход.
  2. Нагретый газ оказывает высокое давление на поршень, поршень движется вниз (расширение), отработанное тепло уходит.

Роторный (Ванкель) двигатель

главная страница
Рисунок 4. Цикл роторного двигателя. Он забирает воздух / топливо, сжимает его, зажигает, обеспечивая полезную работу, а затем истощает газ. [7]

В двигателе этого типа имеется ротор (внутренний круг, обозначенный буквой «B» на рис. 4), который содержится в корпусе овальной формы.Он выполняет общие четырехтактные этапы цикла (впуск, сжатие, зажигание, выпуск), однако эти этапы выполняются 3 раза за один оборот ротора , создавая три рабочих удара за оборот .

для дальнейшего чтения

Список литературы

  1. 1,0 1,1 Р. Д. Найт, «Тепловые двигатели и холодильники» в Физика для ученых и инженеров: стратегический подход, 3-е изд. Сан-Франциско, США: Pearson Addison-Wesley, 2008, ch.19, с.2, с.530
  2. ↑ Р. А. Хинрикс и М. Кляйнбах, «Тепло и работа», в Энергия: ее использование и окружающая среда , 5-е изд. Торонто, Онтарио Канада: Брукс / Коул, 2013, ч.4, с.93-122
  3. ↑ Wikimedia Commons [Online], доступно: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/4/4c/Jet_engine.svg
  4. ↑ Wikimedia Commons [Online], доступно: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/d/dc/4StrokeEngine_Ortho_3D_Small.gif
  5. File «Файл: Двухтактный двигатель.gif — Wikimedia Commons «, Commons.wikimedia.org, 2018.
  6. ↑ C. Ву, Термодинамика и тепловые циклы. Нью-Йорк: Nova Science Publishers, 2007
  7. ↑ Wikimedia Commons [Online], доступно: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/f/fc/Wankel_Cycle_anim_en.gif
,

Отправить ответ

avatar
  Подписаться  
Уведомление о