Двигатель внутреннего сгорания — урок. Физика, 8 класс.
Обрати внимание!
Двигатель внутреннего сгорания — распространённый вид теплового двигателя, который работает на жидком топливе (бензин, керосин, нефть) или горючем газе.
Двигатель состоит из цилиндра, в котором перемещается поршень \( 3\), соединённый при помощи шатуна \(4\) с коленчатым валом \(5\).
Два клапана, впускной \(1\) и выпускной \(2\), при работе двигателя автоматически открываются и закрываются в нужные моменты.
- клапан для подачи горючей смеси;
- клапан для удаления отработанных газов;
- цилиндр;
- шатун;
- коленчатый вал;
- свеча для воспламенения горючих газов в цилиндре 3.
Ход поршня — расстояние между мёртвыми точками, крайними положениями поршня в цилиндре.
Такие двигатели называют четырёхтактными, т.к. рабочий цикл происходит за четыре хода или такта: впуск (а), сжатие (б), рабочий ход (в) и выпуск (г).
1 такт (впуск) — при такте впуска поршень от верхней мёртвой точки перемещается к нижней мёртвой точке. Цилиндр заполняется горючей смесью через открытый впускной клапан. Т.е. поршень всасывает горючую смесь.
2 такт (сжатие) — при такте сжатия поршень от нижней мёртвой точки перемещается к верхней мёртвой точке. Поршень движется вверх. Оба клапана плотно закрыты, и поэтому рабочая смесь сжимается. При сжатии температура смеси и давление повышаются.
3 такт (рабочий ход) — рабочая смесь воспламеняется от электрической искры, проскакивающей между электродами свечи зажигания. В начале такта рабочего хода сгорающая смесь начинает активно расширяться. А т.к. впускной и выпускной клапаны всё ещё закрыты, то расширяющимся газам остаётся только один единственный выход — давить на подвижный поршень. Поршень под действием этого давления начинает перемещаться к нижней мёртвой точке, создаётся крутящий момент.
4 такт (выпуск) — при движении поршня от нижней мёртвой точки к верхней мёртвой точке открывается выпускной клапан (впускной всё ещё закрыт), и отработавшие газы с огромной скоростью выбрасываются из цилиндра двигателя.
После такта выпуска начинается новый рабочий цикл, всё повторяется.
Для того чтобы вращение вала было более равномерным, двигатель обычно делают многоцилиндровым: 2-, 3-, 4-, 6-, 8-цилиндровым и т.д.
Источники:
http://webmyoffice.ru/media/files/99/dvigatel-moto-2.jpg
http://usauto.ucoz.ru/news/bilet_6/2011-04-26-4
http://autooboz.info/wp-content/uploads/2007/09/dvigatel-vnutrennego-sgoraniya2.jpg
http://dvigyn.com/wpcontent/images_18/princip_raboti_dvigatelya_vnutrennego_sgoraniya_v_4_takta-2.jpg
http://dvigyn.com/wpcontent/images_18/princip_raboti_dvigatelya_vnutrennego_sgoraniya_v_4_takta-3.jpg
4 такта работы ДВС. Основные решения поломок ДВС
Рассмотрим 4 такта работы ДВС:
- Впуск
- Сжатие
- Сгорание
- Выпуск
- При первом такте открывается клапан и в блок цилиндра добавляется топливная смесь. Топливная смесь состоит из воздуха и топлива в пропорции 14.7 к 1. При этом различают обогащенную топливную смесь, где пропорция бензина к воздуху примерно 40 к 1 и обедненную топливную смесь, где соотношение воздуха по отношению к бензину преобладает.
- При втором такте происходит сжатие топливной смеси в камере сгорания в блоке цилиндра.
- При третьем такте топливная смесь зажигается при помощи свечи зажигания.
- На четвертом такте происходит выпуск отработанных газов через выпускные клапаны ГБЦ.
Маслосъемные кольца позволяют оптимально использовать топливо, смазывая весь цилиндр и равномерно распределяя масло по его поверхности.
!!! Закоксовка колец — проблема, с которой сталкиваются автовладельцы. Ее суть в том, что компрессионные кольца становятся слишком плотными и больше не могут обеспечивать герметичность внутри цилиндра.
Верхняя мертвая точка — это верхняя граница хода поршня, нижняя мертвая точка — это нижняя граница хода поршня.
Впускные и выпускные клапаны цилиндра имеют клапанную пружину, клапанную тарелку и фиксирующий сухарь.
Привод ГРМ приводит в движение распределительный вал, масляный и водяной насос.
Различают верхневальные и нижневальные двигатели.
Главное отличие нижневальных и верхневальных двигателей в том, что в верхневальных двигателях больший крутящий момент на высоких оборотах, а в нижневальных — на низких.
| Самые частые поломки ДВС | и их основные решения: |
| — износ деталей цилиндро-поршневой группы | — замена деталей цилиндро-поршневой группы |
| — разрыв или растяжение привода на распредвал | — замена, правильная установка и регулировка элементов привода ГРМ !!! Соблюдайте метки при замене цепи, ремня, шестерни или эвольвенты привода ГРМ. Так вы точно правильно выставите положение коленчатого и кулачкового (распределительного) валов двигателя. |
| — неисправность системы зажигания | — чаще всего замена катушки зажигания или конденсатора распределителя зажигания решают проблему |
| — поломка топливного насоса | — чаще всего проблему решает замена топливного фильтра или промывка сетки приемника — замена топливного насоса |
| — нарушение зазоров между элементами | — необходимо отрегулировать зазоры |
| — заклинивание шатунов, поршней | — ремонт ДВС посредством гильзовки цилиндра/цилиндров, замена цилиндра/цилиндров, замена маслосъемных колец !!! Желательно загильзовывать все цилиндры, в противном случаеесть вероятность изменения геометрии цилиндров полублока |
| — отсутствие компрессии | — замена компрессионных колец\ поршня или клапанов |
| — прогар поршня | — замена поршня!!! Соблюдайте правила, прописанные в рукаводстве эксплуатации. Не допускайте прогара поршня, ведь это эксплуатационный дефект |
Опубликовано: 18.05.2016
ТАКТЫ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ — это… Что такое ТАКТЫ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ?
- ТАКТЫ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ
- ТАКТЫ ДВИГАТЕЛЯ 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. 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 и рабочие циклы двигателя автомобиля (ДВС)
На автомобилях устанавливают двигатели внутреннего сгорания (ДВС), у которых топливо сгорает внутри цилиндра. В основу положено свойство газов расширяться при нагревании. Рассмотрим принцип работы двигателя и его рабочие циклы.
Рабочий цикл четырехтактного бензинового двигателя
Рабочим циклом двигателя называется периодически повторяющийся ряд последовательных процессов, протекающих в каждом цилиндре двигателя и обусловливающих превращение тепловой энергии в механическую работу. Если рабочий цикл совершается за два хода поршня, т.е. за один оборот коленчатого вала, то такой двигатель называется двухтактным. Автомобильные двигатели работают, как правило, по четырехтактному циклу, который совершается за два оборота коленчатого вала или четыре хода поршня и состоит из тактов впуска, сжатия, расширения (рабочего хода) и выпуска.Принцип работы ДВС — схематично
1. Впуск
По мере того, как коленчатый вал двигателя делает первый полуоборот, поршень перемещается от ВМТ к НМТ, впускной клапан открыт, выпускной клапан закрыт. В цилиндре создается разряжение, вследствие чего свежий заряд горючей смеси, состоящий из паров бензина и воздуха, засасывается через впускной газопровод в цилиндр и, смешиваясь с остаточными отработавшими газами, образует рабочую смесь.2. Сжатие
После заполнения цилиндра горючей смесью при дальнейшем вращении коленчатого вала (второй полуоборот) поршень перемещается от НМТ к ВМТ при закрытых клапанах. По мере уменьшения объема температура и давление рабочей смеси повышаются.3. Расширение или рабочий ход
В конце такта сжатия рабочая смесь воспламеняется от электрической искры и быстро сгорает, вследствие чего температура и давление образующихся газов резко возрастает, поршень при этом перемещается от ВМТ к НМТ. В процессе такта расширения шарнирно связанный с поршнем шатун совершает сложное движение и через кривошип приводит во вращение коленчатый вал. При расширении газы совершают полезную работу, поэтому ход поршня при третьем полуобороте коленчатого вала называют рабочим ходом. В конце рабочего хода поршня, при нахождении его около НМТ открывается выпускной клапан, давление в цилиндре снижается до 0.3 — 0.75 МПа, а температура до 950 — 12004. Выпуск
При четвертом полуобороте коленчатого вала поршень перемещается от НМТ к ВМТ. При этом выпускной клапан открыт, и продукты сгорания выталкиваются из цилиндра в атмосферу через выпускной газопровод.Рабочий цикл четырехтактного дизеля
В отличие от бензинового двигателя, при такте «впуск» в цилиндры дизеля поступает чистый воздух. Во время такта «сжатие» воздух нагревается до 600оС. В конце этого такта в цилиндр впрыскивается определенная порция топлива, которое самовоспламеняется.
Впуск
При движении поршня от ВМТ к НМТ вследствие образующегося разряжения из воздушного фильтра в цилиндр через открытый впускной клапан поступает атмосферный воздух. Давление воздуха в цилиндре составляет 0.08 — 0.095 МПа, а температура 40 — 60°С.Сжатие
Поршень движется от НМТ к ВМТ; впускной и выпускной клапаны закрыты, вследствие этого перемещающийся вверх поршень сжимает поступивший воздух. Для воспламенения топлива необходимо, чтобы температура сжатого воздуха была выше температуры самовоспламенения топлива. При ходе поршня к ВМТ цилиндр через форсунку впрыскивается дизельное топливо, подаваемое топливным насосом.Расширение или рабочий ход
Впрыснутое в конце такта сжатия топливо, перемешиваясь с нагретым воздухом, воспламеняется, и начинается процесс сгорания, характеризующийся быстрым повышением температуры и давления. При этом максимальное давление газов достигает 6 — 9 МПа, а температура 1800 — 2000°С. Под действием давления газов поршень перемещается от ВМТ в НМТ — происходит рабочий ход. Около НМТ давление снижается до 0.3 — 0.5 МПа, а температура до 700 — 900оС.Выпуск
Поршень перемещается от НМТ в ВМТ и через открытый выпускной клапан отработавшие газы выталкиваются из цилиндра. Давление газов снижается до 0.11 — 0.12 МПа, а температура до 500-700оС. После окончания такта выпуска при дальнейшем вращении коленчатого вала рабочий цикл повторяется в той же последовательности.Принцип работы многоцилиндровых двигателей
На автомобилях устанавливают многоцилиндровые двигатели. Чтобы многоцилиндровый двигатель работал равномерно, такты расширения должны следовать через равные углы поворота коленчатого вала (т. е. через равные промежутки времени).Последовательность чередования одноименных тактов в цилиндрах называют порядком работы двигателя. Порядок работы большинства четырехцилиндровых двигателей 1-3-4-2 или 1-2-4-3. Значит после рабочего хода в первом цилиндре следующий происходит в третьем, затем в четвертом и, наконец, во втором цилиндре. Определенная последовательность соблюдается и в других многоцилиндровых двигателях.
Диаграмма работы двигателя по схеме 1-2-4-3
Многоцилиндровые двигатели бывают рядными и V-образными. В рядных двигателях цилиндры расположены вертикально, а в V-образных — под углом. Последние характеризуются меньшей габаритной длиной по сравнению с первыми. Современные восьмицилиндровые двигатели выполняют двухрядными с V-образным расположением цилиндров.
Как работают 4-тактные двигатели | Briggs & Stratton
Хотите знать, как работает двигатель малого объема? В этом видеоролике подробно описывается то, как работают 4-тактные двигатели Briggs & Stratton для обеспечения максимальной мощности ваших газонокосилок & наружного оборудования.
Четырехтактные двигатели Briggs & Stratton являются лучшими в мире с точки зрения производительности и качества. Это связано с верхним расположением клапанов в 4-тактных двигателях. Она максимально увеличивает мощность вашего двигателя Briggs & Stratton, что в свою очередь повышает производительность вашей газонокосилки или другого наружного силового оборудования.
Процесс работы 4-тактного двигателя
- Этап 1: Такт впуска
Во время такта впуска воздух и топливо проходят через карбюратор и попадают в поршень при открытии впускного клапана. Клапан закрывается, отсекая подачу воздушно-топливной смеси, когда поршень достигает нижней части такта. - Этап 2: Такт компрессии
Теперь, когда топливо находится в камере компрессии, двигатель максимизирует создаваемую мощность, сжимая это топливо в меньшем пространстве. Поршень возвращается наверх в верхнюю точку, захватывая воздушно-топливную смесь между поршнем и головкой цилиндров. Эффективность четырехтактных двигателей Briggs & Stratton обеспечивается за счет максимальной компрессии на этом этапе. - Этап 3: Рабочий ход
Теперь, когда воздушно-топливная смесь сжата, самое время добавить искру. Катушка зажигания создает высокое напряжение, которое разряжается в камере свечей зажигания. Как только воздушно-топливная смесь загорается, горячий воздух заставляет поршень опуститься вниз цилиндра. - Этап 4: Такт выхлопа
Последним этапом в четырехтактном двигателе является такт выхлопа. Когда поршень выталкивает отработанные газы из камеры, открывается выпускной клапан. Как только этот процесс завершается, закрывается выпускной клапан и открывается впускной клапан, чтобы снова запустить процесс.
Для повторения каждого цикла требуется два оборота коленчатого вала. Интересно, как двигатель малого объема продолжает работать, когда только один из 4-х тактов создает мощность? Во время рабочего хода маховик получает толчок. Создаваемые импульс и инерция поддерживают его движение между рабочими тактами.
4 такта работы двигателя внутреннего сгорания | Гидравлика и пневматика
Большинство современных двигателей внутреннего сгорания — четырехтактные, это значит, что всю из работу можно разделить на 4 этапа — такта. Разобравшись в том, что происходит на каждом из этапов легко понять, как работает двигатель.
Двигатель внутреннего сгорания — ДВСДвигатель внутреннего сгорания — ДВС
Прежде, чем перейти непосредственно к работе двигателя отметим основные элементы его конструкции, это поможет правильно понять описание его работы.
Элементы конструкции ДВС
Поршни перемешаются в цилиндрических расточках, выполненных в блоке цилиндров. Поршни соединены с коленчатым валом при помои шатунов. Газораспределительный механизм с клапанами позволяет соединять рабочую камеру с впускным или выпускным коллектором. Воспламенить топливную смесь позволяет свеча.
Устройство двигателя внутреннего сгоранияУстройство двигателя внутреннего сгорания
Цикл работы двигателя
Основные элементы конструкции двигателя определены, теперь можно разобраться в работе двигателя, как упоминалось ранее цикл его работы состоит из четырех тактов, рассмотрим подробнее каждый из них.
Такт 1
Первый такт работы ДВСПервый такт работы ДВС
Чтобы двигатель мог, что то сжечь, надо сначала этим чем-то его заправить. В ДВС это смесь воздуха и топлива. При движении поршня вниз объем рабочей камеры увеличивается, значит давление в ней падает. Клапаны соединяющие рабочую камеры с впускным коллектором открываются и воздух заполняет ее. Топливо распыляется с помощью форсунки.
Такт 2
Второй тактВторой такт
Полученную смесь надо сжать, чтобы при воспламенении она расширилась и переместила поршень. Для осуществления сжатия поршень нужно переместить вверх, клапаны в этот момент должны быть закрыты.
Такт 3
Третий тактТретий такт
На третьем этапе свеча дает искру, которая воспламеняет смесь, она нагревается и расширяется, толкая поршень вниз. Поршень вращает коленвал.
Такт 4
Четвертый тактЧетвертый такт
От продуктов горения нужно избавиться. Для этого открываются клапаны со стороны выпускного коллектора, поршень движется вверх вытесняя газы в выхлопную систему.
После 4 такта вновь наступает первый.
Количество поршней
Таким образом поршень только на третьем этапе вращал коленчатый вал, а на всех остальных наоборот коленвал перемещал поршень. Но откуда на валу возьмется энергия для вращения вала. Можно использовать не один поршень, а несколько. Пожалуй,самым логичным решением будет установка четырех поршней (хотя их может быть и 3, и 6, и 12). Если в двигателе 4 поршня, то каждый из них в один момент находится на разных этапах:
- первый — всасывает воздух;
- второй — сжимает смесь;
- третий — осуществляет рабочий ход;
- четвертый — вытесняет выхлопные газы.
Для обеспечения плавной работы на валу двигателя может быть установлен маховик.
Принцип работы 2-х тактного двигателя
Для того, чтобы ответить на этот вопрос, нужно разобраться, что такое 2-х тактный двигатель, где он используется и какие преимущества и недостатки перед 4-х тактным.
Начнем по порядку. 2-х тактный двигатель – разновидность поршневого двигателя, в котором рабочий процесс совершается за два хода поршня. У такого двигателя всего 2 такта, такт сжатия и такт рабочего хода. Причем очистка и наполнения цилиндра горючий смеси осуществляется не отдельными тактами, как в 4-х тактном двигателя, а совместными. При этом число ходов поршня у двух тактного двигателя больше.
Рассмотрим принцип работы 2-х тактного двигателя.
1. Такт сжатия.
1.1 Перемещения поршня от нижней мертвой точки поршня (НМТ) к верхней мертвой точке поршня (ВМТ). При этом поршень перекрывает, сначала впускное окно, затем выпускное.
1.2 После этого начинается сжатие рабочий смеси. Одновременно с этим в кривошипной камере, под поршнем, создается разрежение, под действием которого через впускное окно поступает горючая смесь, в кривошипную камеру.
2. Такт рабочего хода.
2.1 Когда поршень достигает ВМТ, рабочая смесь воспламеняется, при помощи искры со свечи зажигания.
2.2 Под действием высокого давления поршень перемещается от ВМТ к НМТ, при этом расширяющиеся газы совершают полезную работу.
2.3 Опускаясь вниз, поршень создает высокое давление в кривошипной камере, клапан закрывается, не давая таким образом горючей смеси снова попасть во впускной коллектор.
2.4 Когда поршень проходит выпускное окно, оно открывается и начнется выпуск отработавших газов в атмосферу.
2.5 При дальнейшем перемещении поршень открывает впускное окно и сжатая в кривошипной камере горючая смесь поступает по каналу, заполняя цилиндр и осуществляя продувку его от остатков отработавших газов.
Для более полного представления рассмотрим видео взятое с сайта youtube:
Рассмотрим основные преимущества и недостатки 2-х тактных двигателей:
+ отсутствие систем смазки и газораспределения, что в разы уменьшает размер двигателя;
+ простота и дешевизна в производстве и изготовлении;
+ маленький вес и компактность.
Недостатками являются:
— больший расход топлива, чем у 4-х тактных двигателей;
— больший шум;
— меньшая долговечность. Но это спорный вопрос.
Применяются двухтактные двигатели: в садовой техники (газонокосилки, триммеры, бензопилы и др.), так же в мопедах, скутерах, некоторых мотоциклах, картах и бензиновых генераторах и др.
К выбору масла для 2-х тактной техники стоит подходить очень тщательно. Как и любые моторные масла, их, нужно подбирать по допускам, которые дают заводы производители техники. Чтобы в этом разобраться, нужно знать, как классифицируются эти моторные масла.
Рассмотрим классификацию по API.
API TA | Моторные масла для двухтактных двигателей небольших мопедов, газонокосилок и другой подобной техники. |
API TB | Моторные масла для маломощных двухтактных двигателей мотоциклов. |
API TC | Моторные масла для двухтактных двигателей, работающих на суше. Данные автомасла могут применяться в случаях, когда производитель мотора требует соответствия масла классам API TA или API TB. |
API TD | Моторные масла, специально разработанные для двухтактных подвесных моторов |
Так же моторные масла для двухтактных двигателей классифицируются по JASO:
JASO FA | Для двухтактных двигателей мотоциклов и других машин (масла предназначены для применения в развивающихся странах). |
JASO FB | Для двухтактных двигателей мотоциклов и других машин (минимальные требования для применения в Японии). |
JASO FС | Для двухтактных двигателей мотоциклов и других машин, бездымное моторное масло (основное масло для применения в Японии). |
JASO FD | Для двухтактных двигателей мотоциклов и других машин, бездымное моторное масло с улучшенными характеристиками по чистоте двигателя в сравнении с FC (наивысшие требования к 2-тактным маслам в Японии). |
От правильного выбора масла зависит, как долго прослужит техника. Выбирайте качественную и надежную продукцию. Все продукты Eurol отвечают заявленному стандарту, и проходят тщательную проверку в лаборатории. Выбирая продукцию Eurol, Вы выбираете качество!
Вернуться к списку статей
Как работает 4-тактный двигатель
Чтобы привести ваше оборудование в действие, двигатель с верхним расположением клапанов выполняет повторяющийся четырехэтапный процесс, описанный ниже.
Элемент, обеспечивающий работу двигателей внутреннего сгорания
- Воздух
- Топливо
- Сжатие
- Искра
Шаг 1: Ход всасывания
Воздух и топливо попадают в небольшой двигатель через карбюратор. Работа карбюратора состоит в том, чтобы подавать смесь воздуха и топлива, которая обеспечивает правильное сгорание.Во время такта впуска открывается впускной клапан между карбюратором и камерой сгорания. Это позволяет атмосферному давлению нагнетать топливовоздушную смесь в канал цилиндра, когда поршень движется вниз.
>> Проблемы с производительностью? Узнайте, как устранить неполадки при ремонте карбюратора и очистить / обслужить карбюраторы двигателя малого объема.
Шаг 2: Ход сжатия
Сразу после того, как поршень переместится в нижнюю точку своего хода (нижняя мертвая точка), в отверстии цилиндра находится максимально возможная воздушно-топливная смесь.Впускной клапан закрывается, и поршень возвращается обратно в отверстие цилиндра. Это называется тактом сжатия процесса 4-тактного двигателя. Топливно-воздушная смесь сжимается между поршнем и головкой блока цилиндров.
Шаг 3: Рабочий ход
Когда поршень достигает вершины своего хода (верхней мертвой точки), он будет в оптимальной точке для воспламенения топлива и получения максимальной мощности для вашего внешнего силового оборудования. В катушке зажигания создается очень высокое напряжение.Свеча зажигания обеспечивает сброс этого высокого напряжения в камеру сгорания. Тепло, создаваемое искрой, воспламеняет газы, создавая быстро расширяющиеся перегретые газы, которые заставляют поршень возвращаться в отверстие цилиндра. Это называется рабочим ходом .
Шаг 4: ход выпуска
Когда поршень снова достигает нижней мертвой точки, выпускной клапан открывается. По мере того, как поршень движется обратно по каналу цилиндра, он выталкивает отработавшие газы сгорания через выпускной клапан и из систем выпуска.Когда поршень возвращается в верхнюю мертвую точку, выпускной клапан закрывается, а впускной клапан открывается, и процесс 4-тактного двигателя повторяется.
Когда-либо повторение цикла требует двух полных оборотов коленчатого вала, в то время как двигатель создает мощность только во время одного из четырех тактов. Чтобы машина продолжала работать, ей нужен маховик небольшого двигателя. Рабочий ход создает импульс, который толкает маховик за счет инерции, удерживая его и коленчатый вал во время тактов выпуска, впуска и сжатия.
Двигатель внутреннего сгорания и четырехтактный двигатель | Беданг Сен | Startup
Рис. 1: Двигатели внутреннего сгорания в автомобиляхСегодня у нас есть массивные самолеты, которые могут облететь нас по всему миру за считанные часы, генераторы, которые могут эффективно вырабатывать электроэнергию в самых отдаленных местах, тракторы и насосы, которые помогают нам выращивать урожаи быстрее, и, конечно же, наши собственные личные автомобили, чтобы путешествовать по шоссе. Но что сделало все это возможным? Ответ — двигатель внутреннего сгорания.Двигатель внутреннего сгорания стал неотъемлемой частью каждого человека на Земле. Он предлагает относительно небольшой и легкий источник энергии, который он производит. Простая цель этих тепловых двигателей — преобразовать химическую энергию топлива в механическую, которая обычно передается на вращающийся вал.
Одним из наиболее важных применений двигателя внутреннего сгорания является автомобиль. Транспортные технологии навсегда изменились с массовым производством автомобилей с двигателем внутреннего сгорания.Двигатель внутреннего сгорания — это двигатель, который использует взрыв топлива, называемый сгоранием, для толкания поршня внутри цилиндра. Когда поршень выталкивается из цилиндра, он вращает коленчатый вал, который вращает колеса автомобиля. Наиболее распространенным видом топлива, которое используется для этого сгорания, является бензин.
Технология, которую мы видим сегодня, является продуктом многовековой эволюции и развития, начиная с начала 16 века с Леонардо да Винчи и его раннего описания двигателя без сжатия.Однако первый экспериментальный двигатель внутреннего сгорания был создан более века спустя, в 1680 году, голландским астрономом Кристианом Гюйгенсом, применившим принцип вытягивания воды. Этот принцип был основан на том факте, что взрыв небольшого количества пороха в закрытой камере, снабженной выпускными клапанами, создавал вакуум, когда газы сгорания охлаждались. Используя цилиндр с поршнем, Гюйгенс мог перемещать его таким образом за счет внешнего атмосферного давления.
Рисунок 2: Двигатель внутреннего сгорания ЛенуараЗа ним последовал первый коммерчески практичный двигатель внутреннего сгорания, построенный французским инженером Этьеном Ленуаром примерно в 1859–1860 годах, на котором в качестве топлива использовался осветительный газ. Два года спустя, в 1862 году, Альфонс Бо де Роша запатентовал, но не построил четырехтактный двигатель. Всего четырнадцать лет спустя, в 1876 году, родился первый предок двигателя внутреннего сгорания, который используется сегодня. Этот подвиг совершил Николай Август Отто, которому удалось создать двигатель с гораздо более высоким КПД по сравнению с более ранними конструкциями, путем сжатия топлива перед сгоранием.Это стало известно как «цикл Отто».
Важнейшими частями цикла Отто является камера сгорания, состоящая из цилиндра. Цилиндр обычно неподвижен и закрыт с одного конца и в котором скользит плотно прилегающий поршень. Движение поршня изменяет объем камеры между закрытым концом цилиндра и внутренней поверхностью поршня. Чтобы преобразовать возвратно-поступательное движение поршня во вращательное движение, используется шатун, чтобы прикрепить коленчатый вал к внешней поверхности поршня.На верхних поверхностях цилиндра, также называемых головкой цилиндра, вырезаны два отверстия, в которых находятся клапаны, которые работают с помощью консервного механизма. Это впускной коллектор и выпускной коллектор. В двигателе внутреннего сгорания используется топливная система, которая состоит из бака, топливного насоса и карбюратора для испарения жидкого топлива. Затем испаренное топливо проходит через впускной коллектор, а газы, образующиеся при сгорании, выводятся через выпускной коллектор.Клапаны обычно удерживаются закрытыми за счет давления пружин и открываются в нужное время во время рабочего цикла кулачками на вращающемся распределительном валу, который соединен с коленчатым валом.
Рисунок 3: Компоненты двигателя внутреннего сгоранияСмесь воздуха и паров бензина, подаваемая в цилиндр из карбюратора, воспламеняется, вызывая проскакивание искры в промежутке между электродами свечи зажигания, которая выступает через стенки цилиндра. Один электрод изолирован фарфором или слюдой; другой заземлен через металл вилки, и оба образуют часть вторичной цепи индукционной системы.
Четырехтактный цикл
Почти каждый автомобиль с бензиновым двигателем использует четырехтактный цикл сгорания для преобразования бензина в движение. Четыре такта:
1. Такт всасывания
2. Ход сжатия
3. Такт сгорания
4. Такт выпуска
Рис. Индукция, поршень перемещается из верхней мертвой точки (ВМТ) в нижнюю мертвую точку (НМТ) при открытом впускном клапане и закрытом выпускном клапане.Это создает вакуум из-за увеличения объема в камере сгорания. Разница давлений между атмосферным давлением снаружи и вакуумом внутри заставляет воздух выталкиваться в цилиндр. Затем используется карбюратор для добавления желаемого количества топлива в систему.За этим следует такт сжатия, при котором впускной клапан закрывается, а поршень возвращается в ВМТ при закрытых всех клапанах. Это вызывает сжатие топливовоздушной смеси, повышая как давление, так и температуру в цилиндре.В конце такта сжатия зажигание инициируется зажиганием свечи зажигания. Сгорание топливовоздушной смеси происходит за очень короткий, но конечный промежуток времени, когда поршень находится в ВМТ. Сгорание изменяет состав газовой смеси на состав продуктов выхлопа и увеличивает температуру в цилиндре до очень высокого пикового значения, в результате чего давление в цилиндре повышается до очень высокого пикового значения.
Затем происходит расширение хода или рабочего хода.Этот ход производит основную работу цикла. Когда все клапаны закрыты, высокое давление, создаваемое процессом сгорания, отталкивает поршень от ВМТ. Когда поршень перемещается из ВМТ в НМТ, объем цилиндра увеличивается, что приводит к падению давления и температуры. Когда поршень приближается к НМТ, выпускной клапан открывается, и газы, образующиеся при сгорании, выдуваются. Открытие выпускного клапана до НМТ снижает работу, выполняемую во время рабочего такта, но требуется из-за конечного времени, необходимого для продувки выхлопных газов.
И, наконец, последний ход — это ход выхлопа. Пока выпускной клапан остается открытым, поршень перемещается из НМТ в ВМТ, вытесняя оставшиеся выхлопные газы из цилиндра в выхлопную систему. Ближе к концу такта выпуска впускной клапан начинает открываться так, что он полностью открывается к тому времени, когда поршень достигает ВМТ. Точно так же выпускной клапан начинает закрываться и полностью закрывается примерно в то время, когда поршень достигает ВМТ. Этот период, когда впускной и выпускной клапаны открыты, называется перекрытием клапанов.
Когда поршень возвращается в ВМТ, происходит следующий такт впуска, начиная цикл снова.
Engihub.com. (2019). Работа двигателя: как работает четырехтактный двигатель? . [онлайн] Доступно по адресу: https://www.engihub.com/engine-working/ [доступ 3 июня 2019 г.].
Гарден, Х., Худ, У. и Двигатели, Т. (2019). Как работают автомобильные двигатели . [онлайн] HowStuffWorks. Доступно по адресу: https://auto.howstuffworks.com/engine1.htm [доступ 3 июня 2019 г.].
Newworldencyclopedia.орг. (2018). Двигатель внутреннего сгорания — Энциклопедия Нового Света . [онлайн] Доступно по адресу: https://www.newworldencyclopedia.org/entry/Internal_combustion_engine [доступ 3 июня 2019 г.].
Scienceclarified.com. (2009). Двигатель внутреннего сгорания — корпус, подержанный, процесс, ресурс, тип, форма, энергия, газ, воздух . [онлайн] Доступно по адресу: http://www.scienceclarified.com/He-In/Internal-Combution-Engine.html [доступ 3 июня 2019 г.].
ИнфоПожалуйста. (2019). двигатель внутреннего сгорания: эволюция двигателя внутреннего сгорания | Информация .[онлайн] Доступно по адресу: https://www.infoplease.com/encyclopedia/science/tech/terms/internalcombustion-engine/evolution-of-the-internalcombustion-engine [доступ 3 июня 2019 г.].
Четырехтактный цикл — обзор
13.18 Цикл Отто
Циклы внешнего сгорания газа Стерлинга и Эрикссона были первоначально разработаны для борьбы с опасными котлами высокого давления первых паровых двигателей. Двигатель внутреннего сгорания Ленуара был проще, меньше по размеру и использовал более удобное топливо, чем любой из этих двигателей, но имел очень низкий тепловой КПД.Брайтону удалось повысить тепловой КПД двигателя внутреннего сгорания, обеспечив процесс сжатия перед сгоранием с использованием двухпоршневой техники Стирлинга и Эрикссона с отдельной камерой сгорания. Но конечной целью разработки коммерческих двигателей внутреннего сгорания было объединить все основные процессы впуска, сжатия, сгорания, расширения (мощности) и выпуска в одном поршневом цилиндре. Это было окончательно достигнуто в 1876 году немецким инженером Николаусом Августом Отто (1832–1891).Основные элементы модели ASC цикла Отто показаны на рисунке 13.48. Он состоит из двух изохорных процессов и двух изоэнтропических процессов.
Рисунок 13.48. Стандартный цикл воздуха Отто.
После нескольких лет экспериментов Отто наконец построил успешный двигатель внутреннего сгорания, который позволил всем основным процессам протекать в одном устройстве поршень-цилиндр. Для завершения термодинамического цикла двигателя Отто требовалось четыре хода поршня и два оборота коленчатого вала, но он работал плавно, был относительно тихим и очень надежным и эффективным.Двигатель Отто имел немедленный успех, и к 1886 году было продано более 30 000 экземпляров. Они стали первым серьезным конкурентом паровой машины на рынке двигателей малого и среднего размера.
Первоначально двигатель Отто использовал осветительный газ (метан) в качестве топлива, но к 1885 году многие двигатели с циклом Отто уже были преобразованы в двигатели, работающие на жидких углеводородах (бензине). Разработка гениального карбюратора с плавающей подачей для испарения жидкого топлива в 1892 году немцем Вильгельмом Майбахом (1847–1929) ознаменовала начало автомобильной эры.Немецкому инженеру Карлу Фридриху Бенцу (1844–1929) обычно приписывают создание первого практичного автомобиля с использованием низкоскоростного двигателя цикла Отто, работающего на жидком углеводородном топливе, в 1885 году. Он использовал тепло выхлопных газов двигателя для испарения топлива до того, как оно испарилось. подается в двигатель.
Кто изобрел цикл «Отто»?
Николаус Отто не знал, что четырехтактный двигатель внутреннего сгорания был запатентован в 1860-х годах французским инженером Альфонсом Эженом Бо де Роша (1815–1893).Однако Рошас на самом деле не строил и не тестировал двигатель, который он запатентовал. Поскольку Отто был первым, кто фактически сконструировал и эксплуатировал двигатель, цикл назван в его честь, а не в честь Роша.
В 1878 году шотландский инженер Дугальд Клерк (1854–1932) разработал двухтактную версию цикла Отто, производящую один оборот коленчатого вала за термодинамический цикл (это было похоже на двигатель Ленуара, но с предварительным сжатием). В 1891 году Клерк продолжил разработку концепции наддува двигателя внутреннего сгорания.Это увеличило тепловой КПД двигателя за счет дальнейшего сжатия индукционного заряда перед зажиганием.
Хотя двухтактный двигатель Клерка по своей природе был менее экономичен, чем четырехтактный двигатель Отто, он давал более равномерную выходную мощность (что важно только для одно- или двухцилиндровых двигателей) и имел почти вдвое большую мощность по сравнению с массой. передаточное отношение двигателя Отто. Двухтактный двигатель с циклом Отто (он никогда не стал известен как цикл Клерка) стал успешным в качестве небольшого и легкого двигателя для лодок, газонокосилок, пил и т. Д.
Тепловой КПД цикла Отто определяется как
(ηT) Otto = (W˙out) netQ˙H = Q˙H− | Q˙L | Q˙H = 1− | Q˙L | Q˙ H
, где из рисунка 13.48 | Q˙L | = m˙ (u2s − u3) и Q˙H = m˙ (u1 − u4s).
Тогда термический КПД Otto hot ASC составляет
(ηT) Ottohot ASC = 1 − u2s − u3u1 − u4s
Для Otto hot ASC , таблица C.16a или C.16b в термодинамических таблицах для сопровождения современной инженерной термодинамики используются для определения значений удельной внутренней энергии.Поскольку процессы от 1 до 2 s и от 3 до 4 s являются изоэнтропическими, мы используем столбцы v r в этих таблицах, чтобы найти
v3v4s = vr3vr4 = v2sv1 = vr2vr1 = CR
, где CR = v3 / v4s — степень изоэнтропического сжатия. Если температура и давление на входе ( T 3 и p 3 ) известны, мы можем найти u 3 и v r 3 из таблицы.Затем, если мы знаем степень сжатия (CR), мы можем найти
vr4 = vr3CR и vr2 = vr1 × CR
Теперь мы можем найти u 4 s и T 4 s из таблиц. Однако, чтобы найти u 1 , T 1 , u 2s и T 2s , нам нужно знать больше информации о системе. Следовательно, теплота сгорания ( Q H / м = Q˙H / m˙), максимальное давление ( p 1 ) или максимальная температура ( T 1 ) в цикле обычно дается завершить анализ.
Для Otto холодный ASC ,
| Q˙L | = m˙ (u2s − u3) = m˙cv (T2s − T3) и Q˙H = m˙ (u1 − u4s) = m˙cv (T1 − T4s).
Тогда
(ηT) Ottocold ASC = 1 − T2s − T3T1 − T4s = 1− (T3T4s) (T2s / T3−1T1 / T4s − 1)
Процесс с 1 по 2 с и процесс 3 по 4 s изоэнтропичны, поэтому
T1 / T2s = T4s / T3 = (v1 / v2s) 1 − k = (v4s / v3) 1 − k = (p1 / p2s) (k − 1) / k = ( p4s / p3) (k − 1) / k
Поскольку T1 / T4s = T2s / T3,
(13.30) (ηT) Ottocold ASC = 1 − T3 / T4s = 1 − PR (1 − k) / k = 1 − CR1 − k
, где CR = v3 / v4s — степень изоэнтропического сжатия, а PR = p4s / p3 — степень изоэнтропического давления.
Поскольку T3 = TL, но T4s
Изэнтропическая степень сжатия бензинового двигателя с циклом Отто новой газонокосилки составляет 8.От 00 до 1, а температура входящего воздуха составляет T 3 = 70,0 ° F при давлении p 3 = 14,7 фунт / кв. Определите
- a.
Температура воздуха в конце такта изоэнтропического сжатия T 4 с .
- б.
Давление в конце такта изоэнтропического сжатия перед воспламенением p 4 s .
- г.
Тепловой КПД двигателя Otto cold ASC.
Решение
- a.
Степень изоэнтропического сжатия для двигателя с циклом Отто определяется как
CR = v3v4s = (T3T4s) 11 − k
, откуда получаемT4s = T3CR1 − k = T3 × CRk − 1 = (70,0 + 459,67 R ) (8.00) 0.40 = 1220 R
- б.
Для цикла Отто изоэнтропическое давление и степени сжатия связаны соотношением PR = CR k , где PR = p4s / p3 и CR = v 3 / v 4 s .Тогда
p4s = p3CRk = (14,7 фунтов на кв. Дюйм) (8,00) 1,40 = 270. psia
- c.
Уравнение (13.30) дает тепловой КПД холодного ASC Отто как
(ηT) Ottocold ASC = 1 − T3T4s = 1 − PR1 − kk = 1 − CR1 − k = 1− (8,00) 1−1,40 = 0,565 = 56,5%
Упражнения
- 40.
Если газонокосилка в примере 13.14 остается на улице в холодный день, когда температура T 3 понижается с 70,0 ° F до 30,0 ° F, определите новую температура в конце такта изоэнтропического сжатия.Предположим, что все остальные переменные не изменились. Ответ : T 4 s = 1130 R.
- 41.
Если зазор на газонокосилке в Примере 13.14 уменьшен таким образом, что степень сжатия увеличится с 8,00 до 8,50 до 1, определите новое давление в конце такта изоэнтропического сжатия. Предположим, что все остальные переменные не изменились. Ответ : p 4 s = 294.1 фунт / кв. Дюйм.
- 42.
Если максимальная температура в цикле ( T 4 с ) составляет 2400 R, определите тепловой КПД цикла Отто hot ASC этого двигателя. Предположим, что все остальные переменные не изменились. Ответ : ( η T ) Otto hot ASC = 52,8%.
Фактическая диаграмма «давление-объем» для двигателя, работающего в газовом или паросиловом цикле, называется индикаторной диаграммой , 10 , а замкнутая площадь равна чистой обратимой работе, производимой внутри двигателя. среднее эффективное давление (МПа) поршневого двигателя — это среднее эффективное давление , действующее на поршень во время его перемещения. означает (или обратимый) рабочий выход (WI) из поршня — это чистая положительная площадь, ограниченная индикаторной диаграммой, как показано на рисунке 13.49, и равна произведению mep и смещения поршня, V̶2− V̶1 = π4 (Диаметр отверстия) 2 (Ход), или
(13,31) (WI) out = mep (V̶2 − V̶1)
Рисунок 13.49. Соотношение среднего эффективного давления (mep) и индикаторной диаграммы.
Номер показал выходную мощность (Вт˙I) — это чистая (реверсивная) мощность, развиваемая внутри всех камер сгорания двигателя, содержащего n цилиндров, и составляет
(13,32) (Вт˙I) вне = mep (n) (V̶2 − V̶1) (N / C)
, где N — частота вращения двигателя, а C — число оборотов коленчатого вала на рабочий ход ( C = 1 для двух -тактный цикл и C = 2 для четырехтактного цикла).Фактическая выходная мощность двигателя, измеренная динамометром, называется выходной мощностью тормоза (Вт˙Б), а разница между указанной мощностью и мощностью торможения известна как мощность трения (т. Е. Мощность рассеивается на внутреннем трении двигателя) W˙F, или
(W˙I) out = (W˙B) out + W˙F
, следовательно, механический КПД двигателя η м просто равен ( см. таблицу 13.2)
(13,33) ηm = W˙actualW˙reversible = (W˙B) out (W˙I) out = 1 − W˙F (W˙I) out
Из уравнения.(13.31) можно записать
mep = (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. ASC (т.е. реверсивный или указанный, см. Таблицу 13.2) тепловой КПД 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) становится
(13.34) (W˙1) out = (ηT) ASC (Q˙ / m˙) топливо (DNp1 / C) (A / F) (RT1) (CR − 1)
где D = n (V̶2 − V̶1) = π4 (Диаметр цилиндра) 2 × (Ход) × (Количество 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 13.15Шестицилиндровый четырехтактный двигатель внутреннего сгорания с циклом Отто имеет полный рабочий объем 260, 3 и степень сжатия от 9,00 до 1. Он работает на бензине с удельной теплотворной способностью 20,0 × 10 3 БТЕ / фунт-метр и представляет собой впрыскиваемое топливо с массовым соотношением воздух-топливо от 16,0 до 1. Во время динамометрического испытания давление и температура на впуске оказались равными 8,00 psia и 60.0 ° F, в то время как двигатель выдавал 85,0 л. С. На торможении при 4000 об / мин. Для холодного ASC Отто с k = 1,40 определите
- a.
Холодный ASC тепловой КПД двигателя.
- б.
Максимальное давление и температура цикла.
- г.
Указанная выходная мощность двигателя.
- г.
Механический КПД двигателя.
- e.
Фактический тепловой КПД двигателя.
Решение
- a.
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 ,
Q˙H = Q˙fuel = (m˙cv) a (T1 − T4s) = m˙fuel (A / F) (cv) a (T1 − T4s)
иT1 = Tmax = T4s + (Q˙ / m˙) топливо (A / F) масса (cv) a
Поскольку процесс с 3 по 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 Btu / lbm топлива (16,0 lbm air / lbm fuel) [0,172 Btu / (lbm air · R)] + 1250 R = 8520 R
Поскольку процесс 4 с до 1 является изохорическим, уравнение состояния идеального газа дает
pmax = p1 = p4s (T1 / T4s)
и, поскольку процесс 3–4 с изоэнтропен,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 фунтов на кв. дюйм) [(8520 R) / 1250 R] = 1170 фунтов на квадратный дюйм
- c.
Уравнение (13.34) дает указанную мощность как
| W˙I | out = (0,585) (20,0 × 103 БТЕ / фунт) (260 дюймов3 / об) (4000 об / мин) (1170 фунт-сила / дюйм2) / 2 (16,0) [0,0685 БТЕ / (фунт · м · R)] (8520 R) (9,00-1) (12 дюймов / фут) (60 с / мин) = (132,00 ft⋅lbf / s) (1 л.с. 550 фут · фунт-сила / с) = 241 л.с.
- d.
Уравнение (13.33) дает механический КПД двигателя как
ηm = (W˙B) out (W˙I) out = 85,0 л.с. 241 л.с. = 0,353 = 35,3%
- e.
Наконец, фактический тепловой КПД двигателя может быть определен по формулам.(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 у двигателя с циклом Отто, описанного в примере 13.15, степень сжатия увеличится до 10,0: 1, какова будет его новая тепловая эффективность холодного ASC? Предположим, что все остальные переменные остаются неизменными. Ответ : ( η T ) Отто холодный ASC = 60.2%.
- 44.
Найдите p max и T max для двигателя с циклом Отто, описанного в примере 13.15, когда степень сжатия уменьшена с 9,00 до 8,00 до 1. Предположим, что все остальные переменные остаются неизменными. . Ответ : p max = 1040 psia и T max = 8460 R.
- 45.
Определите указанную в примере 13.15 мощность в лошадиных силах, если рабочий объем двигателя увеличился 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 цикла 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 холодного ASC Отто обычно предсказывает термический КПД, который намного превышает фактический тепловой КПД.Типичные двигатели с циклом Отто IC 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 закона термодинамики из-за большого количества термических и механических необратимостей, присущих этому типу поршневого поршня. -цилиндровый двигатель. Для повышения фактического теплового КПД необходимо уменьшить тепловые потери при сгорании и количество движущихся частей в двигателе.
Какой двигатель внутреннего сгорания самый маленький?
Модель авиадвигателя Cox Tee Dee .010 (рис. 13.50) имеет самый маленький двигатель внутреннего сгорания, когда-либо производившийся в производстве. 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 отверстием 0,237 дюйма (6,02 мм) и ходом 0,226 дюйма (5,74 мм) он имеет выходную мощность около 5 Вт.
Рисунок 13.50. Двигатель Cox Tee.
Вот как работает двигатель вашего автомобиля
Для большинства людей автомобиль — это вещь, которую они заправляют бензином, который перемещает их из точки А в точку Б. Но задумывались ли вы когда-нибудь, как это на самом деле делает ? Что заставляет его двигаться? Если вы еще не выбрали электромобиль в качестве повседневного водителя, магия сводится к тому, что сводится к двигателю внутреннего сгорания — той штуке, которая шумит под капотом. Но как именно работает двигатель?
В частности, двигатель внутреннего сгорания является тепловым двигателем в том смысле, что он преобразует энергию тепла горящего бензина в механическую работу или крутящий момент.Этот крутящий момент применяется к колесам, чтобы заставить машину двигаться. И если вы не водите старинный двухтактный Saab (который звучит как старая бензопила и изрыгает масляный дым из выхлопных газов), ваш двигатель работает по одним и тем же основным принципам, независимо от того, управляете ли вы Ford или Ferrari.
Двигатели имеют поршни, которые перемещаются вверх и вниз внутри металлических трубок, называемых цилиндрами. Представьте, что вы едете на велосипеде: ваши ноги двигаются вверх и вниз, чтобы крутить педали. Поршни соединены стержнями (они как ваши голени) с коленчатым валом, и они перемещаются вверх и вниз, чтобы вращать коленчатый вал двигателя, так же, как ваши ноги вращают велосипед, который, в свою очередь, приводит в действие ведущее колесо велосипеда или ведущие колеса автомобиля. .В зависимости от транспортного средства в двигателе обычно бывает от двух до 12 цилиндров, в каждом из которых поршень перемещается вверх и вниз.
Откуда сила двигателя
Эти поршни двигаются вверх и вниз тысячи крошечных контролируемых взрывов, происходящих каждую минуту, создаваемых смешиванием топлива с кислородом и воспламенением смеси. Каждый раз, когда топливо воспламеняется, называется тактом сгорания или силовым ходом. Тепло и расширяющиеся газы от этого мини-взрыва толкают поршень вниз в цилиндре.
Почти все современные двигатели внутреннего сгорания (для простоты, мы сосредоточимся здесь на бензиновых силовых установках) относятся к четырехтактным. Помимо такта сгорания, который толкает поршень вниз из верхней части цилиндра, есть еще три хода: впуск, сжатие и выпуск.
Двигателям необходим воздух (а именно кислород) для сжигания топлива. Во время такта впуска клапаны открываются, позволяя поршню действовать как шприц, когда он движется вниз, втягивая окружающий воздух через систему впуска двигателя.Когда поршень достигает нижней точки своего хода, впускные клапаны закрываются, эффективно уплотняя цилиндр для такта сжатия, который проходит в направлении, противоположном такту впуска. Движение поршня вверх сжимает всасываемый заряд.
Четыре такта четырехтактного двигателя
Getty Images
В самых современных двигателях бензин впрыскивается непосредственно в цилиндры в верхней части такта сжатия.(Другие двигатели предварительно смешивают воздух и топливо во время такта впуска.) В любом случае, непосредственно перед тем, как поршень достигнет верхней точки своего хода, известной как верхняя мертвая точка, свечи зажигания воспламеняют смесь воздуха и топлива.
Возникающее в результате расширение горячих горящих газов толкает поршень в противоположном направлении (вниз) во время такта сгорания. Это ход, при котором колеса вашего автомобиля крутятся, как когда вы нажимаете на педали велосипеда. Когда ход сгорания достигает нижней мертвой точки, выпускные клапаны открываются, позволяя газам сгорания откачиваться из двигателя (как шприц, выталкивающий воздух), когда поршень снова поднимается.Когда выхлоп выходит — он проходит через выхлопную систему автомобиля перед выходом из задней части автомобиля — выхлопные клапаны закрываются в верхней мертвой точке, и весь процесс начинается снова.
Этот контент импортирован из {embed-name}. Вы можете найти тот же контент в другом формате или найти дополнительную информацию на их веб-сайте.
В многоцилиндровом автомобильном двигателе циклы отдельных цилиндров смещены друг от друга и равномерно распределены, так что такты сгорания не происходят одновременно, а двигатель является максимально сбалансированным и плавным.
Getty Images
Но не все двигатели одинаковы. Они бывают разных форм и размеров. В большинстве автомобильных двигателей цилиндры расположены по прямой линии, например, в рядном четырехцилиндровом двигателе, или объединены два ряда рядных цилиндров в виде V-образной формы, как в V-6 или V-8. Двигатели также классифицируются по размеру или рабочему объему, который представляет собой совокупный объем цилиндров двигателя.
Различные типы двигателей
Конечно, существуют исключения и незначительные различия среди двигателей внутреннего сгорания, представленных на рынке.Например, двигатели с циклом Аткинсона изменяют фазы газораспределения, чтобы сделать двигатель более эффективным, но менее мощным. Турбонаддув и наддув, сгруппированные вместе под вариантами принудительной индукции, нагнетают дополнительный воздух в двигатель, что увеличивает доступный кислород и, следовательно, количество топлива, которое можно сжечь, что приводит к увеличению мощности, когда вы этого хотите, и большей эффективности, когда вы надеваете не нужна сила. Все это дизельные двигатели обходятся без свечей зажигания. Но независимо от двигателя, если он относится к типу двигателей внутреннего сгорания, основы его работы остаются неизменными.И теперь вы их знаете.
Пора провести весеннюю уборку? Попробуйте продукты Meguiar, которые мы используем в нашем автопарке
Средство для мытья рук и воск Meguiar’s Ultimate
Ultimate Quik Detailer от Meguiar
Полотенце из микрофибры Meguiar’s Water Magnet
Детальщик интерьера Meguiar’s Ultimate
Этот контент создается и поддерживается третьей стороной и импортируется на эту страницу, чтобы помочь пользователям указать свои адреса электронной почты.Вы можете найти больше информации об этом и подобном контенте на сайте piano.io.
Двигатели внутреннего сгорания | IFPEN
Двигатель внутреннего сгорания автомобиля обычно включает несколько камер сгорания . Каждый из них ограничен головкой блока цилиндров, цилиндром и поршнем.
Архитектура двигателя также шарнирно закреплена вокруг системы коленчатого вала , позволяющей преобразовывать возвратно-поступательное движение (движение поршня) во вращательное движение (вращение коленчатого вала).
Во время каждого цикла сжигание топливной смеси (топливовоздушной смеси) в камере приводит к увеличению давления газа, который приводит в движение поршень и систему коленчатого вала. Поскольку коленчатый вал соединен с механическими компонентами трансмиссии (коробки передач, приводные валы и т. Д.), Его движение приводит в движение колеса автомобиля.
Коробка передач позволяет адаптировать скорость вращения колеса к скорости вращения двигателя.
Мощность двигателя зависит, прежде всего, от количества энергии, вырабатываемой при сгорании, а следовательно, от количества топливной смеси, присутствующей в камере сгорания.Таким образом, он напрямую связан с объемом камеры (единичный рабочий объем), количеством камер или цилиндров в двигателе (общий объем) и количеством впрыскиваемого топлива.
Почему «4-х тактный»?
Термин относится к тому факту, что для преобразования химической энергии, содержащейся в топливе, в механическую энергию требуется 4 отдельных хода. . Каждый ход соответствует половине оборота коленчатого вала (одно движение поршня вверх или вниз).Такты 1 и 4 предназначены для передачи газа (прием свежего газа и выбрасываемых выхлопных газов), а такты 2 и 3 необходимы для подготовки к сгоранию с последующим самим сгоранием и его преобразованием в механическую энергию.
Для двигателя с искровым зажиганием и непрямым впрыском используются следующие 4 такта:
- 1 st ход : Впуск (наполнение цилиндра)
Поршень опускается и втягивает топливовоздушную смесь. - 2 nd ход : Сжатие
Поршень снова поднимается, сжимая топливно-воздушную смесь. Для воспламенения смеси образуется искра. - 3 rd ход : Сгорание — расширение
Этот ход соответствует развитию сгорания и расширению сгоревших газов: поршень сжимается, и химическая энергия преобразуется в механическую энергию. - 4 -й ход : Выхлоп (Сгоревшие газы выходят из цилиндра)
Поршень снова поднимается и удаляет сгоревшие газы.
Для дизельного двигателя с воспламенением от сжатия и непосредственным впрыском топлива 4 такта работают одинаково, с двумя отличиями:
- Чистый воздух всасывается и сжимается во время тактов 1 и 2 , затем топливо вводится непосредственно в цилиндр (путем впрыска) в конце сжатия.
- Смесь воспламеняется самопроизвольно , без искры, из-за высокой температуры воздуха в результате его сжатия.
Цетановое число / октановое число
Цетановое число указывает на способность дизельного топлива самовоспламеняться.
Октановое число указывает на способность бензина противостоять самовоспламенению и предотвращать неконтролируемое возгорание из-за электрической искры (ненормальное горение, детонация).
Что такое горение?
Теоретически для полного сгорания 1 г обычного топлива (бензина или дизельного топлива) требуется около 14.6 г воздуха. Эта идеальная смесь называется стехиометрической.
Бензиновые двигатели с непрямым впрыском в основном работают на стехиометрической смеси . После подачи в двигатель однородной смеси воздуха и бензина сгорание (воспламенение смеси) инициируется искрой (искровое зажигание). Горение вызывает распространение фронта пламени, который проходит через камеру.
Современные бензиновые двигатели с прямым впрыском : воздух поступает через впускное отверстие, а топливо, как в дизельном двигателе, поступает непосредственно в камеру сгорания, что позволяет более точно управлять впрыском.Вместо топливовоздушной смеси двигатель работает на так называемом стратифицированном заряде. Горение по-прежнему инициируется искрой (искровое зажигание).
Дизельные двигатели работают с избытком воздуха . Дизель впрыскивается под давлением в предварительно сжатую воздушную массу. Возгорание инициируется самовоспламенением (воспламенение от сжатия). Сгорание называют расслоенным или неоднородным, поскольку оно происходит как в богатой топливом (расположенной рядом с соплом форсунки), так и в бедной (рядом со стенкой цилиндра) зонах.
Топливо
В Европе используются бензиновые или дизельные двигатели с искровым зажиганием. Бензин и дизельное топливо являются двумя основными конечными продуктами, получаемыми в результате переработки сырой нефти, и их состав меняется в зависимости от требований к двигателям и, что более важно, экологических норм, связанных с качеством воздуха и сокращением выбросов парниковых газов.
Биотопливо можно смешивать непосредственно с бензином и дизельным топливом в различных пропорциях без необходимости адаптации двигателей, тем самым извлекая выгоду из существующих распределительных сетей.Во Франции дизельное топливо B7, продаваемое на заправке, обычно содержит до 7% (по объему) биотоплива и бензина E10 до 10%.
2-тактный Vs. 4-тактные двигатели: в чем разница?
Автомобильные двигатели трансформировались с годами, но остались две основные конструкции двигателей внутреннего сгорания с бензиновым двигателем: 2-тактный и 4-тактный. Хотя мы уверены, что вы хотя бы слышали эти термины раньше, знаете ли вы разницу между ними? Как они работают и что лучше? Прочтите, чтобы узнать ответы!
Как работают двигатели внутреннего сгорания и что вообще такое «инсульт»?
Чтобы понять, чем отличаются эти два двигателя, сначала необходимо ознакомиться с основами.
Во время цикла сгорания двигателя поршень перемещается вверх и вниз внутри цилиндра. Термины «верхняя мертвая точка» (ВМТ) и «нижняя мертвая точка» (НМТ) относятся к положению поршня в цилиндре. ВМТ — это его позиция, ближайшая к клапанам, а НМТ — это ее позиция, наиболее удаленная от них. Ход — это когда поршень перемещается из ВМТ в НМТ или наоборот. A c сгорания r Evolution или c сгорания c ycle — это полный процесс всасывания газа и воздуха в поршень, его воспламенения и вытеснения выхлопных газов:
- Впуск: Поршень движется вниз по цилиндру, позволяя смеси закипания и воздуха попасть в камеру сгорания
- Компрессия: Поршень движется обратно вверх по цилиндру; впускной клапан закрыт для сжатия газов в пределах 900 10
- Сгорание: Искра от свечи зажигания воспламеняет газ
- Выхлоп: Поршень поднимается вверх по цилиндру, и выпускной клапан открывается
Разница между 2-тактным и 4-тактным ходом
Разница между 2-тактным и 4-тактным двигателями заключается в том, насколько быстро происходит этот процесс цикла сгорания, в зависимости от того, сколько раз поршень перемещается вверх и вниз в течение каждого цикла.
4-тактный:
В 4-тактном двигателе поршень совершает 2-тактный ход за каждый оборот: один такт сжатия и один такт выпуска, за каждым из которых следует обратный ход. Свечи зажигания срабатывают только один раз за каждый второй оборот, а мощность вырабатывается через каждые 4 такта поршня. Эти двигатели также не требуют предварительного смешивания топлива и масла, поскольку имеют отдельный отсек для масла.
Посмотрите это короткое видео, чтобы подробнее узнать, как работает четырехтактный двигатель:
2-тактный:
В двухтактном двигателе весь цикл сгорания завершается одним ходом поршня: тактом сжатия, за которым следует взрыв сжатого топлива.Во время обратного хода выхлоп выпускается, и в цилиндр поступает свежая топливная смесь. Свечи зажигания срабатывают один раз за каждый оборот, а мощность вырабатывается за каждые 2 такта поршня. Двухтактные двигатели также требуют предварительного смешивания масла с топливом.
Посмотрите это короткое видео, чтобы подробнее узнать, как работает двухтактный двигатель:
За и против:
Итак, что «лучше»? Вот несколько плюсов и минусов обеих конструкций двигателей:
- Что касается эффективности, 4-тактный двигатель, безусловно, выигрывает.Это связано с тем, что топливо расходуется раз в 4 такта.
- Четырехтактные двигатели тяжелее; они весят на 50% больше, чем сопоставимый двухтактный двигатель.
- Обычно 2-тактный двигатель создает больший крутящий момент при более высоких оборотах, в то время как 4-тактный двигатель создает более высокий крутящий момент при более низких оборотах.
- 4-тактный двигатель также намного тише, 2-тактный двигатель значительно громче и издает характерный пронзительный «жужжащий» звук.
- Поскольку двухтактные двигатели предназначены для работы с более высокими оборотами, они также имеют тенденцию к более быстрому износу; 4-тактный двигатель обычно более долговечен.При этом двухтактные двигатели более мощные.
- Двухтактные двигатели имеют гораздо более простую конструкцию, что упрощает их ремонт. У них нет клапанов, а скорее порты. У четырехтактных двигателей больше деталей, поэтому они дороже и ремонт обходится дороже.
- Двухтактные двигатели требуют предварительного смешивания масла и топлива, а четырехтактные — нет.
- Четырехтактные более экологически чистые; в двухтактном двигателе сгоревшее масло также выбрасывается в воздух вместе с выхлопными газами.
Двухтактные двигатели обычно используются в небольших приложениях, таких как автомобили с дистанционным управлением, инструменты для газонов, бензопилы, лодочные моторы и внедорожники. Четырехтактные двигатели используются во всем: от картингов, газонокосилок и мотоциклов, вплоть до типичного двигателя внутреннего сгорания в вашем автомобиле. Вам решать, какой движок вы предпочитаете и для чего.
В Berryman Products мы стремимся предоставлять быстрое индивидуальное обслуживание и производить продукцию, соответствующую высочайшим стандартам качества, надежности и экологической ответственности.Посетите наш веб-сайт и страницу в Facebook для получения точной информации и качественных продуктов, необходимых для решения наиболее распространенных проблем с автомобилем.
Различные части 4-тактного двигателя
4-тактный двигатель — это тип небольшого двигателя внутреннего сгорания, в котором для завершения одного рабочего цикла используются четыре различных хода поршня. Во время этого цикла коленчатый вал дважды поворачивается, а поршень дважды поднимается и опускается, чтобы запустить свечу зажигания.
Список деталей 4-тактного двигателя
В состав 4-тактного двигателя малой мощности входят:
- Поршень
- Коленчатый вал
- Распредвал
- Свеча зажигания
- Цилиндр
- Клапаны
- Карбюратор
- Маховик
- Шатун
- Форсунки топливные
Циклы 4-тактного двигателя
Вот детали и функции 4-х тактного дизельного двигателя.
1. Ход всасывания
Малые двигатели получают топливо и воздух через карбюратор. Затем карбюратор объединяет топливо и воздух для сгорания. Во время такта впуска впускной клапан между камерой сгорания и карбюратором открывается, что позволяет атмосферному давлению выталкивать топливно-воздушную смесь в цилиндр, когда поршень движется вниз.
2. Ход сжатия
Впускной и выпускной клапаны закрыты в такте сжатия. По мере того, как поршень движется вверх, он сжимает топливно-воздушную смесь.Сжатие облегчает воспламенение свечой зажигания топливно-воздушной смеси в рабочем такте.
3. Рабочий ход
Когда поршень достигает вершины, это оптимальная точка для воспламенения топлива. Свеча зажигания создает высокое напряжение, необходимое для зажигания. Тепло, создаваемое искрой, воспламеняет газ, который затем заставляет поршень снова опускаться в цилиндр.
4. Ход выхлопа
Когда поршень достигает дна, выпускной клапан открывается.Когда поршень движется обратно вверх, он вытесняет выхлопные газы из цилиндра. Как только поршень достигает вершины, выпускной клапан снова закрывается. Впускной клапан снова открывается, и 4-тактный процесс повторяется.
Свяжитесь с Prime Source Parts and Equipment сегодня
В Prime Source Parts and Equipment мы предлагаем решения по поддержке продукции и стремимся помочь нашим клиентам найти именно те детали, которые нужны.