18Авг

Такты двс: ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ • Большая российская энциклопедия

Содержание

Рабочий цикл четырехтактного дизельного двигателя

Рабочий цикл авто с дизельным двигателем отличается тем, что при такте впуска в цилиндр двигателя поступает очищенный  воздух, а не горючая смесь, как в карбюраторном двигателе.

Первый такт — впуск.

Поршень перемещается от ВМТ к НМТ, через открытый впускной клапан в цилиндр поступает очищенный воздух (из-за разрежения, создаваемого поршнем). Воздух перемешивается с небольшим количеством оставшихся от предыдущего цикла отработавших газов, температура повышается и в конце такта впуска достигает 300—320 К, а давление  0.08—0.09 МПа. Коэффициент наполнения цилиндра 0,9 и выше, т. е. больше, чем у карбюраторного двигателя.

Работа четырехтактного одноцилиндрового дизельного  двигателя:

а — впуск воздуха; б — сжатие; в — рабочий ход; г — выпуск отработавших газов; 1— цилиндр; 2 — топливный насос, 3 — поршень: 4 — форсунка, 5 — впускной клапан, 6 — выпускной клапан

Второй такт — сжатие.

Поршень движется от НМТ к ВМТ, впускной и выпускной клапаны закрыты. Давление и температура воздуха увеличиваются и в конце такта составляют соответственно 3—5 МПа и 800—900 К. Степень сжатия регламентируется исправностью деталей КШМ и равна 17—21.

Третий такт — рабочий ход.

В конце такта сжатия (20—30 градусов угла поворота коленчатого вала ло прихода поршня в ВМТ) с помощью насоса через форсунку в цилиндр под высоким давлением (15—20 МПа) в мелкораспыленном виде впрыскивается порция топлива. Топливо от соприкосновения с нагретым воздухом испаряется, его пары перемешиваются с нагретым воздухом и воспламеняются. При сгорании топлива, вследствие подвода большого количества теплоты, резко увеличиваются лишение и температура образовавшихся газов. В начале такта расширения давление газов составляет 7—8 МПа. а температура 2100—2300 К. Под действием давления поршень перемешается от ВМТ к НМТ, совершая полезную работу. Объем цилиндра увеличивается, давление и температура газов снижаются и при подходе поршня к НМТ составляют 0,2-0,4 МПа .

Четвертый такт — выпуск.

Поршень перемещается от НМТ к ВМТ. Через открытый выпускной клапан отработавшие газы выталкиваются через выпускной трубопровод в окружающую среду. В конце такта выпуска давление газов равно 0,11 -0,12 МПа, температура 850—1200.  После этого рабочий цикл дизеля повторяется.

В двухтактных двигателях время, отводимое на рабочий цикл, используется более полно, так как процессы выпуска и впуска совмещены по времени с процессами сжатия и рабочего хода. Рабочий цикл происходит за 360 градусов (один оборот коленчатого вала).

При движении поршня от ВМТ к НМТ одновременно происходят процессы расширения и выпуска с продувкой цилиндра, а при обратном движении от НМТ к ВМ1 впуск и сжатие. Изменения параметров цикла (давление и температура) соответствуют изменениям параметров четырехтактного двигателя.
Сравнение рабочих циклов четырех- , двухтактных двигателей показывает, что при одинаковых размерах цилиндра и частоте вращения коленчатого вала мощность двухтактных двигателей выше в 1.5—1,7 раза. Он проще по конструкции и компактнее.

К недостаткам двухтактного двигателя следует отнести ограниченное время газообмена, что ухудшает очистку цилиндра от отработавших газов, увеличивает потери части свежею заряда, снижает экономичность.

Работа дизельного двигателя, подробнее

Что называется тактом в работе двигателя?

Такт – это что? Латинское слово tactus переводится как «прикосновение». От него произошло французское слово takt, означающее норму поведения. В немецком языке Takt означает музыкальный интервал. В русский язык это слово пришло с девятнадцатого века и употребляется в нескольких значениях.

Музыкант уверен, что это метрическая единица в музыке. Можно сбиться с такта во время танца. А когда сбивается с такта сердце – срочно нужен врач. Механик уверен, что это технический термин, относящийся к двигателю. Программист скажет – к процессору. А лингвист вспомнит о речевом такте. И только педагог с психологом сойдутся во мнении, что такт – это чуткость в отношениях с людьми.

Рабочий цикл двигателя

Рабочим циклом называется совокупность периодически повторяющихся в определенной последовательности процессов, протекающих в каждом цилиндре двигателя, в результате которых тепловая энергия переходит в работу.
Тактом называется процесс, происходящий в цилиндре при перемещении поршня от одной мертвой точки к другой.

Если рабочий цикл совершается за четыре хода поршня, чему соответствует два оборота коленчатого вала, то двигатель с таким циклом называется четырехтактным. Каждый такт такого двигателя имеет свое наименование и свои особенности.

Рис.2. Рабочий цикл четырёхтактного дизеля: 1-топливный насос; 2-поршень; 3-форсунка; 4-воздухоочиститсль; 5-впускной клапан; 6-выпускной клапан; 7-цилиндр

Такт впуска. При перемещении поршня от ВМТ до НМТ над ним освобождается пространство, куда через открывающийся впускной клапан 5 (рис.2) поступает чистый воздух у дизеля или смесь воздуха с мелко распыленным бензином (горючая смесь). Поступивший свежий заряд смешивается с остатками отработавших газов от предыдущего такта (такая смесь называется рабочей). При подходе к НМТ давление в цилиндре вследствие сопротивления во впускном трубопроводе, ниже атмосферного и составляет 0,07. 0,09. Температура газов в конце этого такта достигается 40. 70°С у дизеля и 70. 13О°С у карбюраторного двигателя.

Такт сжатия. При перемещении поршня от НМТ к ВМТ впускной клапан закрывается и поступивший в цилиндр воздух или рабочая смесь сжимается, вследствие чего их температура и давление повышаются. Величина повышения давления и температуры определяется степенью сжатия двигателя. У дизеля температура в конце такта сжатия достигает 550. 750°С, а давление 4. 5МПа; у карбюраторного двигателя рабочая смесь нагревается до 300. 430°, а давление составляет 0,8. 1.5МПа.

Такт расширения. При подходе поршня к ВМТ в цилиндр дизеля через форсунку впрыскивается топливо, которое, перемещаясь с нагретым и сжатым воздухом, сгорает; при этом давление газов в цилиндре возрастает до 6. 9 МПа, а их температура поднимается до 1800. 2000° С. Под действием давления расширяющихся газов поршень перемещается от ВМТ к НМТ. В конце этого такта температура газов понижается до 700. 900° С, а давление до 0,3. 0,5МПа.

В карбюраторном двигателе при подходе поршня к ВМТ сжатия горючая смесь воспламеняется от электрической искры, возникающей между электродами свечи, ввернутой в цилиндра. От сгорания смеси давление газов возрастает до 3,5. 5 МПа, а температура до 2100. 2400°. К концу такта расширения у карбюраторного двигателя температура газов снижается до 900. 1200°, а давление до 0,3. 0,35 МПа.

Такт выпуска. При перемещении поршня от НМТ к ВМТ открывается выпускной клапан, и отработавшие газы выталкиваются из цилиндра в атмосферу. При этом давление газов к концу такта снижается до 0,11. 0,12 МПа, а температура до 500. 700°С у дизеля и 300. 400° у карбюраторного двигателя.

Таким образом, в четырехтактном двигателе только один такт расширения – ход поршня под действием давления газов поворачивает коленчатый вал и совершает полезную работу; этот ход называется рабочим. Остальные такты – впуска, сжатия и выпуска – называются вспомогательными. После такта выпуска рабочий цикл двигателя повторяется.

Что такое рабочий цикл двигателя автомобиля

Существует несколько различных типов двигателей, при этом на колесном, гусеничном, водном и даже иногда воздушном транспорте (грузовые и легковые авто, спецтехника, моторные лодки, самолеты и т.п.), нередко можно встретить двигатель внутреннего сгорания (ДВС).

Так или иначе, широкое распространение силовой агрегат данного типа получил благодаря своей автономности, универсальности, а также целому ряду других преимуществ. При этом агрегаты имеют много различных параметров и характеристик, среди которых стоит отдельно выделить рабочий цикл. Далее мы поговорим о том, что означает рабочий цикл автомобильного двигателя внутреннего сгорания.

Вывод

Тактовая частота – характеристика процессора, численно характеризующая количество операций, который может произвести CPU за секунду. От данного параметра зависит мощность ПК. Тем не менее стоит помнить, что частота – далеко не единственная характеристика, которая влияет на общую производительность ПК. Если частоты процессора не хватает для удовлетворения ваших потребностей, то стоит либо приобрести новую видеокарту, либо разогнать старый процессор. Если вы выбрали второй вариант, то будьте предельно осторожны. Процедура разгона может привести к сгоранию CPU. Поэтому неопытным пользователям лучше этим не заниматься.

Рабочий цикл ДВС: что нужно знать

Если рассматривать принцип работы двигателя внутреннего сгорания, топливо в таких агрегатах сгорает в закрытой камере (камера сгорания), куда подается готовая топливно-воздушная смесь или воздух и топливо по отдельности (дизельные агрегаты и моторы с прямым впрыском).

Работа такого мотора основана на том, что во время сгорания топлива происходит расширение газов. Указанные газы становятся причиной роста давления в цилиндре, благодаря чему поршень получает «толчок». Затем энергия, переданная на поршень, преобразуется в механическую работу. Давайте рассмотрим принцип работы двигателя, а также рабочие циклы более подробно.

Двигатели, которые устанавливаются на автомобили, обычно работают по четырехтактному циклу (четырехтактный двигатель). Это значит, рабочий цикл совершается за два оборота коленвала и четыре хода поршня. Работу такого ДВС можно разделить на такты: такт впуска, такт сжатия, такт рабочего хода, такт выпуска.

Как работает четырехтактный бензиновый двигатель

Чтобы было понятнее, начнем с того, что когда поршень в цилиндре во время работы ДВС начинает занимать крайние положения (максимально приближен или удален по отношению к оси коленчатого вала), эти положения принято называть ВМТ и НМТ. ВМТ означает верхняя мертвая точка, тогда как НМТ значит нижняя мертвая точка. Теперь вернемся к тактам.

  • На такте впуска коленчатый вал двигателя делает первую половину оборота, при этом поршень из ВМТ движется в НМТ. В этот момент открыт впускной клапан, а выпускной клапан закрыт. При движении поршня вниз в цилиндре образуется разрежение, в результате чего в цилиндр «засасывается» топливно-воздушная смесь через открытый впускной клапан. Рабочая смесь состоит из воздуха и распыленного топлива (в некоторых двигателях на такте впуска поступает только воздух).
  • Следующим тактом является сжатие. После того, как произойдет наполнение цилиндра топливно-воздушной смесью, коленвал начинает совершать вторую половину оборота. В этот момент поршень начинает подниматься из НМТ в ВМТ. При этом впускной клапан уже закрыт. Далее поршень сжимает смесь в герметично закрытом цилиндре. Чем больше уменьшается объем цилиндра, тем сильнее сжимается смесь. Результатом такого сжатия является повышение температуры смеси.
  • К тому времени, когда поршень подойдет к концу такта сжатия (практически дойдет до ВМТ), смесь в бензиновых двигателях воспламеняется от внешнего источника (электрическая искра на свече зажигания). Затем топливный заряд сгорает, в результате в цилиндре резко повышается температура и давление. В этот момент поршень уже перемещается обратно из ВМТ в нижнюю мертвую точку, принимая на себя энергию расширяющихся газов.
  • После того, как поршень почти дойдет до НМТ в конце рабочего хода, происходит открытие выпускного клапана. После этого давление в цилиндре снижается, несколько падает и температура. Затем начинается такт выпуска. В это время коленчатый вал совершает последний полуоборот, при этом поршень снова поднимается из НМТ в ВМТ, буквально «выталкивая» отработавшие газы из цилиндра через открытый выпускной клапан в выпускной коллектор.

Работа четырехтактного дизельного ДВС

Хотя дизель конструктивно похож на бензиновый мотор, в дизельных двигателях изначально сжимается только воздух, после чего прямо в камеру сгорания впрыскивается дизтопливо. При этом воспламенение такой смеси происходит самостоятельно (под большим давлением, а также в результате контакта с нагретым от сильного сжатия воздухом).

Простыми словами, воздух сначала сжимается и нагревается, в среднем, до 650 градусов по Цельсию. В самом конце такта сжатия в камеру сгорания топливная форсунка впрыскивает солярку, затем смесь дизтоплива и воздуха самовоспламеняется.

С учетом данной особенности на такте впуска (поршень движется из ВМТ в НМТ), за счет разряжения в цилиндр подается воздух через открытый впускной клапан. Давление и температура воздуха в этот момент имеют низкие показатели.

Затем начинается сжатие, поршень поднимается из НМТ в верхнюю мертвую точку. Как и в случае с бензиновым мотором, впускной и выпускной клапаны полностью закрыты, что позволяет поршню сильно сжать воздух.

Будет полезно: Как циркулирует жидкость в системе охлаждения двигателя?

Если учесть, что давление воздуха в цилиндре высокое (необходимо для его нагрева), дизельное топливо в момент впрыска должно также подаваться под очень высоким давлением. Фактически, форсунке нужно «продавить» солярку в камеру сгорания, в которой уже находится сильно сжатый поршнем и горячий воздух.

Для решения этой задачи многие системы питания дизельного двигателя имеют ТНВД (топливный насос высокого давления). Также в схеме могут быть использованы насос-форсунки (форсунка и насос объединены в одно устройство). Еще существуют варианты, когда питание двигателя реализовано при помощи так называемого «аккумулятора» высокого давления. Речь идет о системах Common Rail.

После воспламенения заряда происходит расширение газов и начинается рабочий ход поршня. Температура в результате горения смеси повышается, происходит увеличение давления. Указанное давление газов «толкает» поршень, происходит рабочий ход. Завершающим этапом становится выпуск, когда поршень после совершения рабочего хода снова поднимается из НМТ в ВМТ. Затем весь описанный выше процесс (рабочий цикл двигателя) повторяется.

Так в чем же разница?

Статья получилась сложнее, чем я предполагал, но если подвести итог. ТО получается:

ОТТО – это стандартный принцип обычного мотора, которые сейчас стоят на большинстве современных автомобилей

АТКИНСОН – предлагал более эффективный ДВС, за счет изменения степени сжатия при помощи сложной конструкции из рычагов которые подсоединялись к коленчатому валу.

ПЛЮСЫ — экономия топлива, эластичнее мотор, меньше шума.

МИНУСЫ – громоздкая и сложная конструкция, низкий крутящий момент на низких оборотах, плохо управляется дроссельной заслонкой

В чистом виде сейчас практически не применяется.

МИЛЛЕР – предложил использовать пониженную степень сжатия в цилиндре, при помощи позднего закрытия впускного клапана. Разница с АТКИНСОНОМ огромна, потому как он использовал не его конструкцию, а ОТТО, но не в чистом виде, а с доработанной системой ГРМ.

Предполагается что поршень (на такте сжатия) идет с меньшим сопротивлением (насосные потери), и лучше геометрически сжимает воздушно-топливную смесь (исключая ее детонацию), однако степень расширения (при воспламенении от свечи) остается почти такая же, как и в цикле ОТТО.

ПЛЮСЫ — экономия топлива (особенно на низких оборотах), эластичность работы, низкий шум.

МИНУСЫ – уменьшение мощности при высоких оборотах (из-за худшего наполнения цилиндров).

Стоит отметить, что сейчас принцип МИЛЛЕРА используется на некоторых автомобилях при невысоких оборотах. Позволяет регулировать фазы впуска и выпуска (расширяя или сужая их при помощи фазовращателей). Так двигатель SKYACTIV, на низких оборотах работает по принципу МИЛЛЕРА, а на высоких по принципу ОТТО. В чистом виде МИЛЛЕР (однако, почему то он называется АТКИНСОН) работает на гибридах ТОЙОТА.

Сейчас видео версия смотрим

НА этом я заканчиваю, думаю было полезно и интересно. Рассказывайте своим друзьям (кидайте им ссылку на статью или видео), будет еще много интересных материалов. ИСКРЕННЕ ВАШ, АВТОБЛОГГЕР.

Похожие новости

  • Крутящий момент и мощность двигателя. Что важнее? Пару слов про …
  • Распределенный или непосредственный впрыск (MPI или GDI). Какая …
  • Гидрокомпенсаторы или толкатели (клапанов). Что лучше?

Синхронная работа нескольких цилиндров

Выше были описан принцип работы ДВС, при этом рассматривались процессы в одном цилиндре. Однако, как известно, большинство двигателей являются многоцилиндровыми. Для того чтобы добиться ровной и синхронной работы всех цилиндров, рабочий ход поршня в каждом отдельном цилиндре должен происходить через равный промежуток времени (одинаковые углы поворота коленвала).

В зависимости от компоновки двигателя и его конструктивных особенностей последовательность (порядок работы) может быть разной. Дело в том, что двигатели бывают не только рядными, но и V-образными.

Во втором случае такая компоновка позволяет разместить цилиндры под углом, при этом становится возможным увеличить общее количество цилиндров без увеличения самой длины блока цилиндра двигателя. Такое решение позволяет разместить мощный многоцилиндровый ДВС под капотом не только большого внедорожника или грузовика, но и легкового авто.

Обороты и мотресурс двигателя. Недостатки езды на низких и высоких оборотах. На каком количестве оборотов мотора ездить лучше всего. Советы и рекомендации.

Зависимость мощности и крутящего момента двигателя от числа оборотов коленвала. Крутящий момент бензинового и дизельного ДВС, полка момента, эластичность.

Что означает понятие объем двигателя. Определение рабочего объема мотора. Классы авто в зависимости от объема ДВС, плюсы и минусы большого объема двигателя.

Почему дизельный мотор имеет больший коэффициент полезного действия по сравнению с двигателями на бензине. Крутящий момент и обороты, энергия дизтоплива.

Виды двигателей внутреннего сгорания, отличия различных типов ДВС. Особенности компоновки, объем двигателя, мощность, крутящий момент и другие параметры.

Что нужно знать об электромобилях. Устройство машин с электродвигателем, основные характеристики. Эксплуатация и обслуживание в теории и на практике.

Как повысить частоту?

Мало кто знает, но мощность процессора можно повысить. Как увеличить производительность CPU? Чтобы ответить на этот вопрос, нужно понять от чего она зависит. Тактовая частота прямо пропорциональна произведению множителя, который закладывается при проектировании, на частоту шины. Причем встречаются два вида множителей – заблокированные и открытые. Не трудно понять, что первые не поддаются разгону.

Процедура увеличения тактовой частоты проводится на устройствах с разблокированным множителем. Для того, чтобы произвести разгон необходимо обладать специальными знаниями, уметь работать с БИОС и знать английский язык (хотя бы уметь читать). Процедура увеличения частоты довольно-таки сложна и неопытные пользователи вряд ли смогут ее произвести без негативных последствий для ПК. Если вкратце, то суть разгона в том, чтобы постепенно увеличивать частоту шины процессора через вышеупомянутый множитель.

Важно! Разгон CPU – опасная процедура, которая может негативно сказаться на компьютере, а то и вовсе вывести его из строя. Это связано с тем, что при повышении частоты процессор начинает сильнее нагреваться. Соответственно, если у вас слабая система охлаждения, то CPU может попросту сгореть.

Что такое мертвые точки и такты ДВС

Количество этапов, входящих в один рабочий цикл ДВС (двигателя внутреннего сгорания), принято считать исходя из числа ходов поршня в цилиндре. Такие этапы получили название такты двигателя. Непосредственно ход поршня определяется его перемещением из одной крайней точки в другую. Они получили наименование мертвые, поскольку если в такой точке произойдет остановка поршня, он не сможет начать движение без внешнего воздействия. Простыми словами мертвые точки — это позиции, при которых движение в текущем направлении поршня прекращается и он начинает обратный ход.

Мертвые точки и ход поршня ДВС

Существуют две мертвые точки:

  • Нижняя (НМТ) — положение, при котором расстояние между поршнем и осью вращения коленвала минимально.
  • Верхняя (ВМТ) — положение, при котором цилиндр находится на максимальном удалении от оси вращения коленвала двигателя.

В англоязычной документации ВМТ обозначается как TDC (Top Dead Centre), А НМТ — BDC (Bottom Dead Centre).

Существуют двигатели, рабочий цикл которых может состоять из двух, а также из четырех тактов. Исходя из этого их разделяют на двухтактные и четырехтактные моторы.

В речи

Речь человека, подобно музыке, тоже имеет свой такт. Как в слове существует ударение, то есть более громко произносимый звук, так и во всей фразе есть смысловое ударение. Речевой такт характеризуется ударением в группе слов. В речи всегда есть паузы – подлиннее и покороче. Пауза после законченной фразы более длинная, внутри фразы – более короткие паузы.

Фраза может состоять из одного или нескольких предложений. Каждое предложение – из одного или нескольких тактов. Каждый такт – из одного или нескольких слов. Таким образом, такт – это единица речевого потока.

Такт образует незаконченную конструкцию речи. Он, как кирпичик, всего лишь часть целого. Что будет создано из таких кирпичиков, зависит от оратора. Самое выразительное деление на такты встречается в стихотворениях. Неправильное деление речи на такты совершенно изменяет смысл сказанного.

Как работает четырехтактный двигатель

Конструктивно рабочий цикл типового четырехтактного агрегата обеспечивается работой следующих элементов:

  • цилиндр;
  • поршень — выполняет возвратно-поступательные движения внутри цилиндра;
  • клапан впуска — управляет процессом подачи топливовоздушной смеси в камеру сгорания;
  • клапан выпуска — управляет процессом выброса отработавших газов из цилиндра;
  • свеча зажигания — осуществляет воспламенение образовавшейся топливовоздушной смеси;
  • коленчатый вал;
  • распределительный вал — управляет открытием и закрытием клапанов;
  • ременной или цепной привод;
  • кривошипно-шатунный механизм — переводит движение поршня во вращение коленчатого вала.

Рабочий цикл четырехтактного двигателя

Рабочий цикл такого механизма состоит из четырех тактов, в ходе которых реализуются следующие процессы:

  1. Впуск (нагнетание топлива и воздуха). В начале цикла поршень находится в ВМТ. В момент, когда коленвал начинает вращаться, он воздействует на поршень и переводит его в НМТ. Это приводит к образованию разрежения в камере цилиндра. Распредвал воздействует на клапан впуска, постепенно открывая его. Когда поршень оказывается в крайнем положении клапан полностью открыт, в результате чего происходит интенсивное нагнетание топлива и воздуха в камеру цилиндра.
  2. Сжатие (увеличение давления горючей смеси). На втором этапе поршень начинает обратное перемещение к верхней мертвой точке такта сжатия. Коленвал совершает еще один поворот, а оба клапана полностью закрыты. Внутреннее давление увеличивается до величины 1,8 МПа и повышается температура горючей смеси до 600 С°.
  3. Расширение (рабочий ход). При достижении верхней позиции поршнем в камере сгорания устанавливается максимальная компрессия до 5 МПа и срабатывает свеча зажигания. Это приводит к возгоранию смеси и увеличению температуры до 2500 С°. Давление и температура приводят к интенсивному воздействию на поршень, и он начинает вновь перемещаться к НМТ. Коленвал совершает еще поворот, и таким образом, тепловая энергия переходит в полезную работу. Распредвал открывает выпускной клапан, и при достижении поршнем НМТ он полностью раскрыт. В результате отработавшие газы начинают постепенно выходить из камеры, а давление и температура снижаются.
  4. Выпуск (удаление отработавших газов). Коленвал двигателя поворачивается, и поршень начинает движение в верхнюю точку. Это приводит к выталкиванию отработавших газов и еще большему снижению температуры и уменьшению давления до 0,1 МПа. Далее, начинается новый цикл, в ходе которого указанные процессы вновь повторяются.

В ходе каждого такта коленчатый вал двигателя совершает поворот на 180°. За полный рабочий цикл коленвал поворачивается на 720°.

Четырехтактный двигатель получил широкое распространение. Он может работать как с бензином, так и с дизельным топливом. Отличием рабочего цикла для дизеля является то, что воспламенение топливовоздушной смеси происходит не от искры, а от высокого давления и температуры в конечной точке такта сжатия.

Как посмотреть тактовую частоту процессора

Известно несколько способов, как узнать частоту процессора на своем персональном компьютере. Самый простой – заглянуть в свойства ПК. Если возникла необходимость узнать тактовую частоту, выполните следующие действия:

  1. Перейдите в «Мой Компьютер», путем открытия ярлыка на рабочем столе.
  2. В открывшемся окне нажмите правой кнопкой мыши на пустой области.
  3. Выберите пункт «Свойства».
  4. В следующем окне обратите внимание на центральную область экрана, а именно на блок «Система».
  5. В строке «Процессор» отображены все важные характеристики ЦП.

Кроме стандартных методов есть еще и обширные способы проверки – с помощью стороннего софта. Лучшей утилитой, отображающей характеристики ключевых компонентов компьютера, считается CPU-Z.

Достаточно выполнить её установку на ПК и запустить. В окошке «Тактовая частота» она отображает то, что нужно.

Особенности работы двухтактных моторов

Основой того, чем отличается двухтактный двигатель от четырехтактного, можно назвать тот факт, что в первом за один рабочий цикл коленвал совершает два оборота, а во втором весь рабочий цикл укладывается в один оборот коленвала (360°). Поршень при этом совершает лишь два хода. Процессы, происходящие в камере сгорания в течение рабочего цикла у двухтактного мотора, не отличаются от четырехтактных, но впуск горючей смеси и выпуск отработавших газов выполняются одновременно с тактами сжатия и расширения.

Процесс одновременного удаления отработавших газов и нагнетания в цилиндр свежего заряда, происходящий в двухтактном двигателе, получил название продувка.

Принцип работы простейшего двухтактного двигателя заключается в следующем:

  1. Такт сжатия. В начале цикла поршень находится в НМТ и движется в положение ВМТ такта сжатия. При этом происходит перекрытие окна продувки (впуска), а затем канала выпуска. В момент, когда поршень закрывает окно выпуска, начинается сжатие горючей смеси, и в пространстве под поршнем возникает разрежение. Это обеспечивает нагнетание топлива в камеру через приоткрытый клапан впуска.
  2. Такт расширения (рабочего хода). Когда поршень приближается к ВМТ, происходит срабатывание свечи зажигания, и горючая смесь воспламеняется. Это провоцирует резкое повышение давления и температуры, в результате чего поршень начинает движение вниз. Таким образом, газы совершают полезную работу, а поршень при движении к НМТ увеличивает компрессию топливовоздушной смеси. С ростом давления клапан начинает закрываться и препятствует попаданию горючей смеси во впускной коллектор. При достижении поршнем выпускного окна, происходит открытие последнего, и отработавшие газы удаляются в систему выхлопа. Давление в камере снижается, а дальнейшее движение поршня открывает канал продувки и топливовоздушная смесь подается в камеру, вытесняя отработавшие газы.

Будет полезно: Как почистить радиатор отопления своими руками?

В зависимости от того, как реализована система продувки в устройстве двухтактного двигателя, их разделяют на разные типы:

  • С контурной кривошипно-камерной продувкой. Горючая смесь подается в камеру цилиндра напрямую из картера двигателя. При этом она всасывается в момент движения поршня к ВМТ, а при движении поршня к НМТ обеспечивается продувка за счет избыточного давления.
  • С клапанно-щелевой продувкой. Применяется для одноцилиндровых двигателей. Газораспределение реализуется путем перекрытия окон, выполненных в стенке цилиндра.
  • С прямоточной продувкой. В такой конструкции впуск выполняется через специальные продувочные окна, выполненные по окружности цилиндра в его нижней части. В свою очередь, выпуск реализуется через выхлопной клапан.
  • С использованием продувочных насосов. Применяется на многоцилиндровых двухтактных двигателях. При этом воздух для продувки сжимается специальным компрессором.

В отличие от четырехтактного, двухтактный двигатель не имеет системы газораспределения. Не требуют такие конструкции и организации сложной системы смазки. С другой стороны, четырехтактные моторы более экономичны по расходу топлива, а также меньше подвержены вибрации и обеспечивают более чистый выхлоп.

Какие есть двигателя внутреннего сгорания? Классификация двигателей внутреннего сгорания.

Двигатели внутреннего сгорания различаются по типам. Давайте разберем типы двигателей внутреннего сгорания:

  • Поршневые;
  • Роторно-поршневые;
  • Газотурбинные;
  • Дизельные.

Существуют различные виды двигателей внутреннего сгорания и производительность каждого отличается друг от друга. Как работает каждый вид?

Поршневые

Механическая работа формируется при использовании кривошипно-шатунного механизма. При его воздействии, движение передается на коленвал.

В карбюраторных двигателях формирование воздушно-топливной смеси производится в карбюраторе, после чего она перераспределяется в цилиндр.

В инжекторных двигателях регулировкой подачи топлива занимается ЭБУ. Распределение топлива осуществляется во впускной коллектор, попадая туда через форсунки.

Роторно-Поршневые

Механическая работа формируется при использовании ротора. Он выполняет работу газораспределительного механизма, коленвала, а также поршней.

Газотурбинные

В этих моторах механическая работа формируется также при использовании ротора. Он при вращении заставляет двигаться турбинный вал.

Дизельные

При впрыске топлива используются форсунки. Однако для воспламенения этим моторам не требуется свеча. Под температурой происходит нагревание сжатого воздуха. Температура же обязательно должна быть больше, чем температура горения.

Принцип работы двигателя внутреннего сгорания

Поршневой двигатель в своей работе является цикличным. Цикл может производить около ста тактов в одну минуту, что позволяет коленвалу непрерывно вращаться.

Такт двигателя внутреннего сгорания – это ход поршня. То есть поршень двигается именно либо вверх, либо вниз. Цикл – это последовательность тактов, которые постоянно повторяются.

Также существуют 2 типа поршневых ДВС, – это 2-тактные моторы и 4-тактные.

Принцип работы двухтактного двигателя внутреннего сгорания

Как только водитель заводит автомобиль, тут же начинают двигаться поршни. Они всегда двигаются по направлению либо вверх, либо вниз. Изначально поршень начинает движение вниз. Когда он касается нижней мертвой точки и меняет свое направление, то в цилиндр, а именно в камеру сгорания начинает проходить подача топлива. Когда поршень поднимается вверх, топливо начинает сжиматься.

От свечей зажигания образовывается искра. И когда поршень доходит до верхней стадии, то происходит воспламенение топливной смеси. В дальнейшем пары расширяются и заставляют поршень двигаться вниз.

Двухтактные двигатели неэффективны по сравнению с четырехтактными, поскольку при удалении отработавших газов теряется мощность.

Вся маломощная техника использует именно 2-тактные моторы.

Принцип работы четырехтактного двигателя внутреннего сгорания

Все автомобили, которые используются в 21 веке уже имеют 4-тактные моторы.

Четырехтактный двигатель отличается от двухтактного тем, что при осуществлении впуска/выпуска топливно-горючей смеси, а также отработанных газов никак не совмещаются со сжатием/расширением, а работают как отдельные процессы.

В отношениях

Словарь Ефремовой так объясняет значение слова «такт» в отношениях с людьми: чувство меры в поведении, деликатность, подсказывающая бережное отношение, подход к человеку. Понятие педагогического такта тесно связано с психологией. Что значит такт, хорошо объяснял К. Д. Ушинский. Он говорил, что воспитатель-практик обязан иметь психологический такт. Без этого бесполезны его знания теории педагогики.

Такт основан на душевных качествах: терпение, доверие, отзывчивость, чуткость. Они помогают правильно понять ситуацию, разрешить назревший конфликт, подобрать верные слова и не ущемить чувство собственного достоинства собеседника.

Можно быть тактичным и бестактным. Пример тому – девочка Алиса. Она пытается вести светскую беседу и быть образцом порядочности, но ей это не удается.

Алиса в стране чудес попала в слезное море и заметила, что рядом кто-то барахтается. Оказалось, это мышь. Начав вести с ней светскую беседу, она заговорила о своей кошке, как она ловко ловит мышей. Но мышь обиделась. Тогда Алиса стала рассказывать о соседском фокстерьере и дошла до случая, когда он всех крыс и мышей переловил. На это мышь резонно заметила: «Вы просто бестактная девочка. Уплываю».

Рабочие циклы двигателей

Рабочий цикл четырехтактного карбюраторного двигателя

Работа двигателя внутреннего сгорания может быть представлена в виде систематически повторяющихся процессов, которые принято называть рабочими циклами. Рабочим циклом двигателя называется ряд последовательных, периодических повторяющихся процессов в цилиндрах, в результате которых тепловая энергия топлива преобразуется в механическую работу. При этом каждый полный рабочий цикл может быть разделен на одинаковые (повторяющиеся) части – такты.

Часть рабочего цикла, совершаемого за время движения поршня от одной мертвой точки до другой, т. е. за один ход поршня, называется тактом . Двигатели, рабочий цикл которых совершается за четыре хода поршня (два оборота коленчатого вала), называются четырехтактными. В головке блока цилиндров, над камерой сгорания (рис. 1) карбюраторного двигателя устанавливаются впускной 4 и выпускной 6 клапаны, управляемые газораспределительным механизмом, а также свеча зажигания 5.

Рабочий цикл карбюраторного четырехтактного двигателя состоит из последовательных тактов впуска, сжатия, расширения и выпуска.

Такт впуска

В результате вращения коленчатого вала при пуске двигателя (вручную или с помощью специального устройства – например, заводной рукоятки или электродвигателя – стартера) поршень совершает движение от верхней мертвой точки (ВМТ) к нижней мертвой точке (НМТ). При этом впускной клапан 4 открыт, а выпускной клапан 6 закрыт. Так как объем цилиндра при движении поршня вниз (к НМТ) быстро увеличивается, давление над поршнем уменьшается до 0,07. 0,09 МПа, т. е. внутри цилиндра создается вакуум – избыточное разрежение. Впускной клапан 3 сообщается со специальным устройством – карбюратором, который приготавливает горючую смесь из топлива и воздуха. Вследствие разности давлений в карбюраторе и цилиндре горючая смесь всасывается через открытый впускной клапан в цилиндр двигателя.

Если двигатель уже работает, то горючая смесь, попадая в цилиндр из карбюратора, смешивается с остаточными продуктами сгорания от предыдущего цикла, и образует рабочую смесь. Смешиваясь с остаточными продуктами сгорания и соприкасаясь с нагретыми деталями цилиндра, рабочая смесь нагревается до температуры 75. 125 ˚С.

Такт сжатия

При подходе поршня к НМТ впускной клапан закрывается. Далее поршень начинает перемещаться вверх (к ВМТ), сжимая смесь воздуха, топлива и остаточных продуктов сгорания, которые не были удалены из цилиндра при выпуске. При движении поршня от НМТ к ВМТ вследствие сокращения объема цилиндра при закрытых клапанах повышаются давление, при этом возрастает температура рабочей смеси (в соответствии с законом Гей-Люссака). В конце такта сжатия давление внутри цилиндра повышается до 0,9…1,5 МПа, а температура смеси достигает 270-480 ˚С. В этот момент к электродам свечи зажигания 5 подводится высокое напряжение, которые вызывает между ними искровой разряд, результате чего рабочая смесь воспламеняется и сгорает. В процессе сгорания топлива выделяется большое количество теплоты, из-за чего температура газов (продуктов сгорания) повышается до 2200-2500 ˚С, и давление внутри цилиндра достигает 3,0…4,5 МПа. Газы начинают расширяться, перемещая поршень вниз, к НМТ.

Будет полезно: Как определить наружную сторону шины?

Такт расширения (рабочий ход)

Под давлением расширяющихся газов поршень движется от ВМТ к НМТ (при этом оба клапана закрыты). В этот промежуток времени (такт) происходит преобразование тепловой энергии в полезную работу, поэтому ход поршня в такте расширения называют рабочим ходом. При движении поршня к НМТ объем цилиндра увеличивается, вследствие чего давление уменьшается до 0,3…0,4 МПа, а температура газов снижается до 900…1200 ˚С.

Такт выпуска

При подходе поршня к НМТ открывается выпускной клапан 6, в результате чего продукты сгорания рабочей смеси вырываются наружу из цилиндра. При дальнейшем вращении коленчатого вала поршень начинает перемещаться от НМТ к ВМТ. Выталкивая отработавшие газы через открытый выпускной клапан, выпускной канал 7 и выпускную трубу в окружающую среду. К концу такта выпуска давление в цилиндре составляет 0,11…0,12 МПа, а температура – 600…900 ˚С.

При подходе поршня к ВМТ выпускной клапан закрывается, впускной открывается и начинается такт впуска, дающий начало новому рабочему циклу.

Рабочий цикл четырехтактного дизеля

Рабочий цикл дизельного двигателя принципиально отличается от цикла карбюраторного двигателя тем, что рабочая смесь (смесь топлива, воздуха и остаточных продуктов сгорания) приготовляется внутри цилиндра, поскольку воздух подается в цилиндр отдельно, а топливо отдельно – через форсунку. В дизельном двигателе нет специального устройства для поджигания рабочей смеси – она самовозгорается в результате высокой степени сжатия. Т. е. в дизеле, в отличие от карбюраторного двигателя, через впускной клапан подается не горючая смесь, а атмосферный воздух, а топливо впрыскивается через форсунку в конце такта сжатия. В цилиндре, как и в случае с карбюраторным двигателем, остаются продукты сгорания рабочей смеси, которые не удалось удалить продувкой. Смесеобразование (перемешивание воздуха, топлива и остаточных продуктов сгорания) в дизеле протекает внутри цилиндра, что и обуславливает основные отличия череды тактов, составляющих рабочий цикл.

Высокая степень сжатия приводит к тому, что поступивший в цилиндр через впускной клапан воздух, смешивается с остаточными газами и раскаляется (в буквальном смысле этого слова) до высоких температур. И в это время в цилиндр впрыскивается топливо, которое вспыхивает и начинает гореть.

Рабочие процессы в дизельном двигателе протекают в следующей последовательности (рис. 2) :

Такт впуска

В период такта впуска поршень 2 движется от НМТ к ВМТ. При этом впускной клапан 5 открыт, выпускной клапан 6 закрыт. В цилиндре 7 из-за разности давлений в окружающей среде и в цилиндре в конце такта впуска возникает разрежение 0,08. 0,09 МПа, при этом температура внутри цилиндра не превышает 40…70 ˚С.

Такт сжатия

В процессе такта сжатия оба клапана закрыты. Поршень 2 движется от НМТ к ВМТ, сжимая смесь воздуха и отработавших газов. Давление в конце такта сжатия достигает 3…6 МПа, а температура – 450…650 ˚С (превышает температуру самовоспламенения топлива).

При подходе поршня к ВМТ, в цилиндр через форсунку 3 впрыскивается распыленное жидкое топливо. Топливо подается к форсунке (через трубку высокого давления) топливным насосом 1 высокого давления (ТНВД). Форсунка обеспечивает тонкое распыление топлива в сжатом воздухе. Распыленное топливо самовоспламеняется и сгорает. В результате сгорания температура в цилиндре достигает 1600…1900 ˚С, давление – 6…9 МПа.

Такт расширения (рабочий ход)

Из чего состоит двигатель

Чтобы понять принцип работы, познакомимся с основными составляющими движка:

  • блок цилиндров;
  • кривошипно-шатунный механизм (включает коленвал, поршни, шатуны) ‒ он необходим для преобразования поступательно-возвратных движений поршня во вращательное движение коленвала;
  • головка блока вместе с газораспределительным механизмом, который открывает впускные и выпускные клапаны, для того чтобы поступала рабочая смесь и выходили отработавшие газы. ГРМ может включать один или более распредвалов, которые состоят из кулачков для толкания клапанов, самих клапанов и клапанных пружин. Для стабильной работы четырехтактного движка существует ряд вспомогательных систем:
  • система зажигания ‒ для поджига горючей смеси в цилиндрах;
  • впускная система ‒ для подачи воздуха и рабочей смеси в цилиндр;
  • топливная система ‒ для непрерывной подачи топлива, получения смеси воздуха и горючего;
  • система смазки – для смазки трущихся деталей, а также одновременного удаления продуктов износа;
  • выхлопная система – для удаления отработанных газов из цилиндров, снижения токсичности выхлопа;
  • система охлаждения – для поддержки оптимальной температуры движка.

Что называется тактом в работе двигателя?

Что такое рабочий цикл двигателя

Процессы, протекающие в цилиндрах двигателя при его работе, повторяются циклично. Одним таким рабочим циклом считается совокупность тактов (впуск топливовоздушной смеси, сжатие, воспламенение и расширение газов, а также выпуск продуктов сгорания), обеспечивающая переход тепловой энергии, выделяемой при воспламенении одной порции смеси, непосредственно в работу. О том, что представляют собой рабочие циклы поршневых двигателей внутреннего сгорания, пойдет речь далее.

Что такое мертвые точки и такты ДВС

Количество этапов, входящих в один рабочий цикл ДВС (двигателя внутреннего сгорания), принято считать исходя из числа ходов поршня в цилиндре. Такие этапы получили название такты двигателя. Непосредственно ход поршня определяется его перемещением из одной крайней точки в другую. Они получили наименование мертвые, поскольку если в такой точке произойдет остановка поршня, он не сможет начать движение без внешнего воздействия. Простыми словами мертвые точки — это позиции, при которых движение в текущем направлении поршня прекращается и он начинает обратный ход.

Мертвые точки и ход поршня ДВС

Существуют две мертвые точки:

  • Нижняя (НМТ) — положение, при котором расстояние между поршнем и осью вращения коленвала минимально.
  • Верхняя (ВМТ) — положение, при котором цилиндр находится на максимальном удалении от оси вращения коленвала двигателя.

В англоязычной документации ВМТ обозначается как TDC (Top Dead Centre), А НМТ — BDC (Bottom Dead Centre).

Существуют двигатели, рабочий цикл которых может состоять из двух, а также из четырех тактов. Исходя из этого их разделяют на двухтактные и четырехтактные моторы.

Как работает четырехтактный двигатель

Конструктивно рабочий цикл типового четырехтактного агрегата обеспечивается работой следующих элементов:

  • цилиндр;
  • поршень — выполняет возвратно-поступательные движения внутри цилиндра;
  • клапан впуска — управляет процессом подачи топливовоздушной смеси в камеру сгорания;
  • клапан выпуска — управляет процессом выброса отработавших газов из цилиндра;
  • свеча зажигания — осуществляет воспламенение образовавшейся топливовоздушной смеси;
  • коленчатый вал;
  • распределительный вал — управляет открытием и закрытием клапанов;
  • ременной или цепной привод;
  • кривошипно-шатунный механизм — переводит движение поршня во вращение коленчатого вала.

Рабочий цикл четырехтактного двигателя

Рабочий цикл такого механизма состоит из четырех тактов, в ходе которых реализуются следующие процессы:

  1. Впуск (нагнетание топлива и воздуха). В начале цикла поршень находится в ВМТ. В момент, когда коленвал начинает вращаться, он воздействует на поршень и переводит его в НМТ. Это приводит к образованию разрежения в камере цилиндра. Распредвал воздействует на клапан впуска, постепенно открывая его. Когда поршень оказывается в крайнем положении клапан полностью открыт, в результате чего происходит интенсивное нагнетание топлива и воздуха в камеру цилиндра.
  2. Сжатие (увеличение давления горючей смеси). На втором этапе поршень начинает обратное перемещение к верхней мертвой точке такта сжатия. Коленвал совершает еще один поворот, а оба клапана полностью закрыты. Внутреннее давление увеличивается до величины 1,8 МПа и повышается температура горючей смеси до 600 С°.
  3. Расширение (рабочий ход). При достижении верхней позиции поршнем в камере сгорания устанавливается максимальная компрессия до 5 МПа и срабатывает свеча зажигания. Это приводит к возгоранию смеси и увеличению температуры до 2500 С°. Давление и температура приводят к интенсивному воздействию на поршень, и он начинает вновь перемещаться к НМТ. Коленвал совершает еще поворот, и таким образом, тепловая энергия переходит в полезную работу. Распредвал открывает выпускной клапан, и при достижении поршнем НМТ он полностью раскрыт. В результате отработавшие газы начинают постепенно выходить из камеры, а давление и температура снижаются.
  4. Выпуск (удаление отработавших газов). Коленвал двигателя поворачивается, и поршень начинает движение в верхнюю точку. Это приводит к выталкиванию отработавших газов и еще большему снижению температуры и уменьшению давления до 0,1 МПа. Далее, начинается новый цикл, в ходе которого указанные процессы вновь повторяются.

В ходе каждого такта коленчатый вал двигателя совершает поворот на 180°. За полный рабочий цикл коленвал поворачивается на 720°.

Четырехтактный двигатель получил широкое распространение. Он может работать как с бензином, так и с дизельным топливом. Отличием рабочего цикла для дизеля является то, что воспламенение топливовоздушной смеси происходит не от искры, а от высокого давления и температуры в конечной точке такта сжатия.

Особенности работы двухтактных моторов

Основой того, чем отличается двухтактный двигатель от четырехтактного, можно назвать тот факт, что в первом за один рабочий цикл коленвал совершает два оборота, а во втором весь рабочий цикл укладывается в один оборот коленвала (360°). Поршень при этом совершает лишь два хода. Процессы, происходящие в камере сгорания в течение рабочего цикла у двухтактного мотора, не отличаются от четырехтактных, но впуск горючей смеси и выпуск отработавших газов выполняются одновременно с тактами сжатия и расширения.

Процесс одновременного удаления отработавших газов и нагнетания в цилиндр свежего заряда, происходящий в двухтактном двигателе, получил название продувка.

Принцип работы простейшего двухтактного двигателя заключается в следующем:

  1. Такт сжатия. В начале цикла поршень находится в НМТ и движется в положение ВМТ такта сжатия. При этом происходит перекрытие окна продувки (впуска), а затем канала выпуска. В момент, когда поршень закрывает окно выпуска, начинается сжатие горючей смеси, и в пространстве под поршнем возникает разрежение. Это обеспечивает нагнетание топлива в камеру через приоткрытый клапан впуска.
  2. Такт расширения (рабочего хода). Когда поршень приближается к ВМТ, происходит срабатывание свечи зажигания, и горючая смесь воспламеняется. Это провоцирует резкое повышение давления и температуры, в результате чего поршень начинает движение вниз. Таким образом, газы совершают полезную работу, а поршень при движении к НМТ увеличивает компрессию топливовоздушной смеси. С ростом давления клапан начинает закрываться и препятствует попаданию горючей смеси во впускной коллектор. При достижении поршнем выпускного окна, происходит открытие последнего, и отработавшие газы удаляются в систему выхлопа. Давление в камере снижается, а дальнейшее движение поршня открывает канал продувки и топливовоздушная смесь подается в камеру, вытесняя отработавшие газы.

В зависимости от того, как реализована система продувки в устройстве двухтактного двигателя, их разделяют на разные типы:

  • С контурной кривошипно-камерной продувкой. Горючая смесь подается в камеру цилиндра напрямую из картера двигателя. При этом она всасывается в момент движения поршня к ВМТ, а при движении поршня к НМТ обеспечивается продувка за счет избыточного давления.
  • С клапанно-щелевой продувкой. Применяется для одноцилиндровых двигателей. Газораспределение реализуется путем перекрытия окон, выполненных в стенке цилиндра.
  • С прямоточной продувкой. В такой конструкции впуск выполняется через специальные продувочные окна, выполненные по окружности цилиндра в его нижней части. В свою очередь, выпуск реализуется через выхлопной клапан.
  • С использованием продувочных насосов. Применяется на многоцилиндровых двухтактных двигателях. При этом воздух для продувки сжимается специальным компрессором.

В отличие от четырехтактного, двухтактный двигатель не имеет системы газораспределения. Не требуют такие конструкции и организации сложной системы смазки. С другой стороны, четырехтактные моторы более экономичны по расходу топлива, а также меньше подвержены вибрации и обеспечивают более чистый выхлоп.

TheSenyaDit › Блог › Принцип работы ДВС. Рабочие циклы двигателя (Изучаем вместе)

На автомобилях устанавливают поршневые двигатели внутреннего сгорания (ДВС), у которых топливо сгорает внутри цилиндра. В основу их действия положено свойство газов расширяться при нагревании. Рассмотрим принцип устройства и работы двигателя внутреннего сгорания (ДВС), а также 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 (для просмотра нажмите на кнопку иллюстрации — Фото 2-5

Крайние положения поршня, при которых он наиболее удален от оси коленчатого вала или приближен к ней, называются верхней и нижней «мертвыми» точками (ВМТ и НМТ). Подробнее в статье “как устроены бензиновые и дизельные двигатели”.

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.

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.

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 — 1200оС.

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. Это означает, что после рабочего хода в первом цилиндре следующий рабочий ход 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 Фото 6

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.

Что такое рабочий цикл двигателя автомобиля

Существует несколько различных типов двигателей, при этом на колесном, гусеничном, водном и даже иногда воздушном транспорте (грузовые и легковые авто, спецтехника, моторные лодки, самолеты и т.п.), нередко можно встретить двигатель внутреннего сгорания (ДВС).

Так или иначе, широкое распространение силовой агрегат данного типа получил благодаря своей автономности, универсальности, а также целому ряду других преимуществ. При этом агрегаты имеют много различных параметров и характеристик, среди которых стоит отдельно выделить рабочий цикл. Далее мы поговорим о том, что означает рабочий цикл автомобильного двигателя внутреннего сгорания.

Рабочий цикл ДВС: что нужно знать

Если рассматривать принцип работы двигателя внутреннего сгорания, топливо в таких агрегатах сгорает в закрытой камере (камера сгорания), куда подается готовая топливно-воздушная смесь или воздух и топливо по отдельности (дизельные агрегаты и моторы с прямым впрыском).

Работа такого мотора основана на том, что во время сгорания топлива происходит расширение газов. Указанные газы становятся причиной роста давления в цилиндре, благодаря чему поршень получает «толчок». Затем энергия, переданная на поршень, преобразуется в механическую работу. Давайте рассмотрим принцип работы двигателя, а также рабочие циклы более подробно.

Двигатели, которые устанавливаются на автомобили, обычно работают по четырехтактному циклу (четырехтактный двигатель). Это значит, рабочий цикл совершается за два оборота коленвала и четыре хода поршня. Работу такого ДВС можно разделить на такты: такт впуска, такт сжатия, такт рабочего хода, такт выпуска.

Как работает четырехтактный бензиновый двигатель

Чтобы было понятнее, начнем с того, что когда поршень в цилиндре во время работы ДВС начинает занимать крайние положения (максимально приближен или удален по отношению к оси коленчатого вала), эти положения принято называть ВМТ и НМТ. ВМТ означает верхняя мертвая точка, тогда как НМТ значит нижняя мертвая точка. Теперь вернемся к тактам.

  • На такте впуска коленчатый вал двигателя делает первую половину оборота, при этом поршень из ВМТ движется в НМТ. В этот момент открыт впускной клапан, а выпускной клапан закрыт. При движении поршня вниз в цилиндре образуется разрежение, в результате чего в цилиндр «засасывается» топливно-воздушная смесь через открытый впускной клапан. Рабочая смесь состоит из воздуха и распыленного топлива (в некоторых двигателях на такте впуска поступает только воздух).
  • Следующим тактом является сжатие. После того, как произойдет наполнение цилиндра топливно-воздушной смесью, коленвал начинает совершать вторую половину оборота. В этот момент поршень начинает подниматься из НМТ в ВМТ. При этом впускной клапан уже закрыт. Далее поршень сжимает смесь в герметично закрытом цилиндре. Чем больше уменьшается объем цилиндра, тем сильнее сжимается смесь. Результатом такого сжатия является повышение температуры смеси.
  • К тому времени, когда поршень подойдет к концу такта сжатия (практически дойдет до ВМТ), смесь в бензиновых двигателях воспламеняется от внешнего источника (электрическая искра на свече зажигания). Затем топливный заряд сгорает, в результате в цилиндре резко повышается температура и давление. В этот момент поршень уже перемещается обратно из ВМТ в нижнюю мертвую точку, принимая на себя энергию расширяющихся газов.
  • После того, как поршень почти дойдет до НМТ в конце рабочего хода, происходит открытие выпускного клапана. После этого давление в цилиндре снижается, несколько падает и температура. Затем начинается такт выпуска. В это время коленчатый вал совершает последний полуоборот, при этом поршень снова поднимается из НМТ в ВМТ, буквально «выталкивая» отработавшие газы из цилиндра через открытый выпускной клапан в выпускной коллектор.

Работа четырехтактного дизельного ДВС

Хотя дизель конструктивно похож на бензиновый мотор, в дизельных двигателях изначально сжимается только воздух, после чего прямо в камеру сгорания впрыскивается дизтопливо. При этом воспламенение такой смеси происходит самостоятельно (под большим давлением, а также в результате контакта с нагретым от сильного сжатия воздухом).

Простыми словами, воздух сначала сжимается и нагревается, в среднем, до 650 градусов по Цельсию. В самом конце такта сжатия в камеру сгорания топливная форсунка впрыскивает солярку, затем смесь дизтоплива и воздуха самовоспламеняется.

С учетом данной особенности на такте впуска (поршень движется из ВМТ в НМТ), за счет разряжения в цилиндр подается воздух через открытый впускной клапан. Давление и температура воздуха в этот момент имеют низкие показатели.

Затем начинается сжатие, поршень поднимается из НМТ в верхнюю мертвую точку. Как и в случае с бензиновым мотором, впускной и выпускной клапаны полностью закрыты, что позволяет поршню сильно сжать воздух.

Если учесть, что давление воздуха в цилиндре высокое (необходимо для его нагрева), дизельное топливо в момент впрыска должно также подаваться под очень высоким давлением. Фактически, форсунке нужно «продавить» солярку в камеру сгорания, в которой уже находится сильно сжатый поршнем и горячий воздух.

Для решения этой задачи многие системы питания дизельного двигателя имеют ТНВД (топливный насос высокого давления). Также в схеме могут быть использованы насос-форсунки (форсунка и насос объединены в одно устройство). Еще существуют варианты, когда питание двигателя реализовано при помощи так называемого «аккумулятора» высокого давления. Речь идет о системах Common Rail.

После воспламенения заряда происходит расширение газов и начинается рабочий ход поршня. Температура в результате горения смеси повышается, происходит увеличение давления. Указанное давление газов «толкает» поршень, происходит рабочий ход. Завершающим этапом становится выпуск, когда поршень после совершения рабочего хода снова поднимается из НМТ в ВМТ. Затем весь описанный выше процесс (рабочий цикл двигателя) повторяется.

Синхронная работа нескольких цилиндров

Выше были описан принцип работы ДВС, при этом рассматривались процессы в одном цилиндре. Однако, как известно, большинство двигателей являются многоцилиндровыми. Для того чтобы добиться ровной и синхронной работы всех цилиндров, рабочий ход поршня в каждом отдельном цилиндре должен происходить через равный промежуток времени (одинаковые углы поворота коленвала).

В зависимости от компоновки двигателя и его конструктивных особенностей последовательность (порядок работы) может быть разной. Дело в том, что двигатели бывают не только рядными, но и V-образными.

Во втором случае такая компоновка позволяет разместить цилиндры под углом, при этом становится возможным увеличить общее количество цилиндров без увеличения самой длины блока цилиндра двигателя. Такое решение позволяет разместить мощный многоцилиндровый ДВС под капотом не только большого внедорожника или грузовика, но и легкового авто.

Обороты и мотресурс двигателя. Недостатки езды на низких и высоких оборотах. На каком количестве оборотов мотора ездить лучше всего. Советы и рекомендации.

Зависимость мощности и крутящего момента двигателя от числа оборотов коленвала. Крутящий момент бензинового и дизельного ДВС, полка момента, эластичность.

Что означает понятие объем двигателя. Определение рабочего объема мотора. Классы авто в зависимости от объема ДВС, плюсы и минусы большого объема двигателя.

Почему дизельный мотор имеет больший коэффициент полезного действия по сравнению с двигателями на бензине. Крутящий момент и обороты, энергия дизтоплива.

Виды двигателей внутреннего сгорания, отличия различных типов ДВС. Особенности компоновки, объем двигателя, мощность, крутящий момент и другие параметры.

Что нужно знать об электромобилях. Устройство машин с электродвигателем, основные характеристики. Эксплуатация и обслуживание в теории и на практике.

Рабочий цикл двигателя

Рабочим циклом называется совокупность периодически повторяющихся в определенной последовательности процессов, протекающих в каждом цилиндре двигателя, в результате которых тепловая энергия переходит в работу.

Тактом называется процесс, происходящий в цилиндре при перемещении поршня от одной мертвой точки к другой.

Если рабочий цикл совершается за четыре хода поршня, чему соответствует два оборота коленчатого вала, то двигатель с таким циклом называется четырехтактным. Каждый такт такого двигателя имеет свое наименование и свои особенности.

Рис.2. Рабочий цикл четырёхтактного дизеля: 1-топливный насос; 2-поршень; 3-форсунка; 4-воздухоочиститсль; 5-впускной клапан; 6-выпускной клапан; 7-цилиндр

Такт впуска. При перемещении поршня от ВМТ до НМТ над ним освобождается пространство, куда через открывающийся впускной клапан 5 (рис.2) поступает чистый воздух у дизеля или смесь воздуха с мелко распыленным бензином (горючая смесь). Поступивший свежий заряд смешивается с остатками отработавших газов от предыдущего такта (такая смесь называется рабочей). При подходе к НМТ давление в цилиндре вследствие сопротивления во впускном трубопроводе, ниже атмосферного и составляет 0,07. 0,09. Температура газов в конце этого такта достигается 40. 70°С у дизеля и 70. 13О°С у карбюраторного двигателя.

Такт сжатия. При перемещении поршня от НМТ к ВМТ впускной клапан закрывается и поступивший в цилиндр воздух или рабочая смесь сжимается, вследствие чего их температура и давление повышаются. Величина повышения давления и температуры определяется степенью сжатия двигателя. У дизеля температура в конце такта сжатия достигает 550. 750°С, а давление 4. 5МПа; у карбюраторного двигателя рабочая смесь нагревается до 300. 430°, а давление составляет 0,8. 1.5МПа.

Такт расширения. При подходе поршня к ВМТ в цилиндр дизеля через форсунку впрыскивается топливо, которое, перемещаясь с нагретым и сжатым воздухом, сгорает; при этом давление газов в цилиндре возрастает до 6. 9 МПа, а их температура поднимается до 1800. 2000° С. Под действием давления расширяющихся газов поршень перемещается от ВМТ к НМТ. В конце этого такта температура газов понижается до 700. 900° С, а давление до 0,3. 0,5МПа.

В карбюраторном двигателе при подходе поршня к ВМТ сжатия горючая смесь воспламеняется от электрической искры, возникающей между электродами свечи, ввернутой в цилиндра. От сгорания смеси давление газов возрастает до 3,5. 5 МПа, а температура до 2100. 2400°. К концу такта расширения у карбюраторного двигателя температура газов снижается до 900. 1200°, а давление до 0,3. 0,35 МПа.

Такт выпуска. При перемещении поршня от НМТ к ВМТ открывается выпускной клапан, и отработавшие газы выталкиваются из цилиндра в атмосферу. При этом давление газов к концу такта снижается до 0,11. 0,12 МПа, а температура до 500. 700°С у дизеля и 300. 400° у карбюраторного двигателя.

Таким образом, в четырехтактном двигателе только один такт расширения – ход поршня под действием давления газов поворачивает коленчатый вал и совершает полезную работу; этот ход называется рабочим. Остальные такты – впуска, сжатия и выпуска – называются вспомогательными. После такта выпуска рабочий цикл двигателя повторяется.

Двигатель внутреннего сгорания. Устройство и принцип работы.

Уже на протяжении одного века двигатель внутреннего сгорания используется в транспортных средствах довольно успешно, благодаря своей экономичности.

Что такое двигатель внутреннего сгорания автомобиля и его особенности?

Двигатель внутреннего сгорания имеет одно существенное преимущество, ведь при его задействовании нет необходимости использовать прочие носители. Воспламенение топлива производится прямо внутри рабочей камеры.

Принцип работы двигателя внутреннего сгорания заключается в том, что при работе камере сжигается топливо, а также расширяются газы. Так образовывается избыточное давление. Именно оно воздействует на поршень, заставляя его двигаться.

Какие есть двигателя внутреннего сгорания? Классификация двигателей внутреннего сгорания.

Двигатели внутреннего сгорания различаются по типам. Давайте разберем типы двигателей внутреннего сгорания:

  • Поршневые;
  • Роторно-поршневые;
  • Газотурбинные;
  • Дизельные.

Существуют различные виды двигателей внутреннего сгорания и производительность каждого отличается друг от друга. Как работает каждый вид?

Поршневые

Механическая работа формируется при использовании кривошипно-шатунного механизма. При его воздействии, движение передается на коленвал.

В карбюраторных двигателях формирование воздушно-топливной смеси производится в карбюраторе, после чего она перераспределяется в цилиндр.

В инжекторных двигателях регулировкой подачи топлива занимается ЭБУ. Распределение топлива осуществляется во впускной коллектор, попадая туда через форсунки.

Роторно-Поршневые

Механическая работа формируется при использовании ротора. Он выполняет работу газораспределительного механизма, коленвала, а также поршней.

Газотурбинные

В этих моторах механическая работа формируется также при использовании ротора. Он при вращении заставляет двигаться турбинный вал.

Дизельные

При впрыске топлива используются форсунки. Однако для воспламенения этим моторам не требуется свеча. Под температурой происходит нагревание сжатого воздуха. Температура же обязательно должна быть больше, чем температура горения.

Устройство двигателя внутреннего сгорания

Работа двигателя внутреннего сгорания выполняется с помощью:

  • блока цилиндров;
  • системы удаления выхлопных газов;
  • газораспределительного механизма;
  • система впрыска и зажигания топливно-воздушной смеси;
  • кривошипно-шатунного механизма.

Принцип работы двигателя внутреннего сгорания

Поршневой двигатель в своей работе является цикличным. Цикл может производить около ста тактов в одну минуту, что позволяет коленвалу непрерывно вращаться.

Такт двигателя внутреннего сгорания – это ход поршня. То есть поршень двигается именно либо вверх, либо вниз.
Цикл – это последовательность тактов, которые постоянно повторяются.

Также существуют 2 типа поршневых ДВС, – это 2-тактные моторы и 4-тактные.

Принцип работы двухтактного двигателя внутреннего сгорания

Как только водитель заводит автомобиль, тут же начинают двигаться поршни. Они всегда двигаются по направлению либо вверх, либо вниз. Изначально поршень начинает движение вниз. Когда он касается нижней мертвой точки и меняет свое направление, то в цилиндр, а именно в камеру сгорания начинает проходить подача топлива. Когда поршень поднимается вверх, топливо начинает сжиматься.

От свечей зажигания образовывается искра. И когда поршень доходит до верхней стадии, то происходит воспламенение топливной смеси. В дальнейшем пары расширяются и заставляют поршень двигаться вниз.

Двухтактные двигатели неэффективны по сравнению с четырехтактными, поскольку при удалении отработавших газов теряется мощность.

Вся маломощная техника использует именно 2-тактные моторы.

Принцип работы четырехтактного двигателя внутреннего сгорания

Все автомобили, которые используются в 21 веке уже имеют 4-тактные моторы.

Четырехтактный двигатель отличается от двухтактного тем, что при осуществлении впуска/выпуска топливно-горючей смеси, а также отработанных газов никак не совмещаются со сжатием/расширением, а работают как отдельные процессы.

Что называется тактом в работе двигателя?

Устройство двухтактного двигателя и принцип его работы

Поршневые двигатели внутреннего сгорания (ДВС) широко используются в разных сферах человеческой жизни. Однако не все они работают одинаково. Между ними есть одно принципиальное отличие. В зависимости от конструкции рабочий цикл двигателя может состоять из двух или четырёх тактов. Поэтому и называется он соответственно двухтактным двигателем или четырехтактным. Это справедливо как для бензинового мотора, так и для дизеля.

Основные термины и определения

Принцип работы всех поршневых двигателей заключается в превращении энергии сгорания топлива в механическую энергию. Передаточным звеном является кривошипно-шатунный механизм. Для описания их работы используются следующие понятия:

  • Рабочий цикл — это определённая последовательность взаимосвязанных событий, вследствие которых происходит преобразование энергии теплового расширения сгорающего топлива в механическую энергию перемещения поршня и поворота коленчатого вала.
  • Такт — последовательность изменения состояния узлов и механизмов, происходящая в течение одного хода поршня.
  • Ход поршня — это расстояние, которое проходит поршень внутри цилиндра между его крайними точками.
  • Верхняя мёртвая точка (ВМТ) — это наивысшее положение поршня в цилиндре, при этом объем камера сгорания имеет минимальный объем.
  • Нижняя мёртвая точка (НМТ) — максимально удалённое от ВМТ положение поршня.
  • Впуск — заполнение цилиндра топливовоздушной смесью.
  • Сжатие — уменьшение объёма смеси и сжатие её под давлением поршня.
  • Рабочий ход — перемещение поршня под давлением газов сгорающего топлива.
  • Выпуск — выталкивание из цилиндра продуктов горения топлива.

Принцип работы четырехтактного двигателя

Четырехтактным называется такой поршневой двигатель, в котором один рабочий цикл состоит из четырёх тактов. Они имеют следующие названия:

За один цикл поршень два раза двигается от ВМТ к НМТ и обратно, а коленчатый вал проворачивается на два полных оборота. События, которые происходят за это время в двигателе, имеют чётко определённую последовательность.

Впуск. Поршень перемещается вниз, к НМТ. Под ним образуется разрежение, благодаря которому через открытую тарелку впускного клапана из впускного коллектора в цилиндр затягивается топливо, смешанное с воздухом. Поршень проходит нижнюю мёртвую точку, после чего впускной клапан закрывает впускной коллектор.

Такт сжатия. Продолжающий двигаться вверх поршень сжимает воздушную смесь.

В верхней мёртвой точке над поршнем происходит поджог горючей смеси. Сгорая, оно вызывает значительное увеличение давления на поршень. Начинается такт рабочего хода. Под действием давления сгорающих газов поршень снова движется к НМТ, выполняя при этом полезную работу.

После прохождения поршнем НМТ открывается тарелка выпускной клапан. Поршень, двигаясь к ВМТ, выталкивает выхлопные газы в выпускной коллектор. Это такт выпуска.

Затем снова начинается такт впуска и так бесконечно.

Рабочий цикл из двух тактов

Одноцилиндровый двухтактный двигатель работает по-другому. Здесь все четыре действия происходят за один полный оборот коленвала. При этом поршень делает только два такта (расширения и сжатия), двигаясь от ВМТ к НМТ и обратно. А впуск и выпуск являются частью этих двух тактов. Подробней принцип работы двухтактного двигателя внутреннего сгорания можно описать следующим образом.

Газы от сгорания топливной смеси толкают поршень вниз от ВМТ. Примерно на середине хода поршня в гильзе цилиндра открывается выпускное отверстие, через которое часть газов выбрасывается в патрубок глушителя. Продолжая двигаться вниз, поршень создаёт давление, благодаря которому в цилиндр поступает новая порция топлива, одновременно продувая его от остатков сгоревших газов. Подходя к ВМТ, поршень сжимает смесь и система зажигания воспламеняет её. Снова начинается такт расширения.

В авиамоделестроении широко используется двухтактный дизельный двигатель, его принцип работы тот же, что и у бензинового. Разница в том, что смесь топлива с воздухом самостоятельно воспламеняется в конце цикла сжатия. Горючим для таких моторов служит смесь эфира с авиационным керосином. Воспламенение этого горючего происходит при гораздо меньшей степени сжатия, чем у двигателей на традиционном дизельном топливе.

Конструктивные особенности и различия

Двухтактный двигатель отличается от четырехтактного не только тем, за сколько тактов работы происходит газообмен.

Четырехтактный требует наличия системы газораспределения (впускные и выпускные клапаны, распределительный вал с кулачковым механизмом и т. д. ). В двухтактном такой системы нет, благодаря этому он гораздо проще.

Двигатель с четырьмя тактами работы требует полноценной системы смазки из-за большого количества движущихся и трущихся частей. Для смазки двигателя с двумя тактами работы можно использовать масло просто разводя его вместе с топливом.

Эксплуатационные показатели в сравнении

Сопоставляя двухтактный двигатель и четырехтактный двигатель, разницу между ними можно заметить не только в устройстве, но и в эксплуатационных характеристиках. Сравнивать их можно по следующим показателям:

  • литровая мощность;
  • удельная мощность;
  • экономичность;
  • экологичность;
  • шумность;
  • ресурс работы;
  • простота обслуживания;
  • вес;
  • цена.

Литровой называется мощность, снимаемая с литра объёма цилиндра. Теоретически она должна быть в два раза больше у двухтактного. Однако на деле этот показатель составляет 1,5−1,8. Сказывается неполное использование рабочего хода газов, затраты энергии на продувку, неполное сгорание и потери топлива.

Удельная мощность представляет собой величину отношения мощности мотора к его весу. Она также выше у двухтактных. Для них нужен менее тяжёлый маховик и не нужны дополнительные системы (газораспределения и смазки), утяжеляющие конструкцию. КПД у них также выше.

Экономичность (расход топлива на единицу мощности) выше у четырехтактных. Двигатели с двумя тактами часть топлива теряют впустую при продувке цилиндра.

Экологичность двухтактных ниже, опять-таки из-за потери несгоревшего топлива и масла. Убедиться в этом можно на примере двухтактного лодочного мотора. Он всегда оставляет на воде тонкую плёнку из несгоревшего топлива.

Шумность выше у двухтактных. Это связано с тем, что выхлопные газы из цилиндра вырываются с большой скоростью.

Ресурс работы выше у четырехтактных. Отдельная система смазки и меньшая оборотистость двигателя положительно сказываются на сроке его службы.

Проще обслуживать, безусловно, двухтактные моторы из-за меньшего количества вспомогательных систем. Масса больше у четырехтактных. Двухтактные дешевле.

В некоторых механизмах применение двухтактных двигателей является однозначным. Это, например, бензопилы. Высокая удельная мощность, маленький вес и простота делают его здесь безусловным фаворитом.

Двухтактные двигатели используются также в мототехнике, лодочных моторах, газонокосилках, скутерах, авиамоделировании. В большинстве самодельных машин и механизмов умельцы также используют двухтактный мотор.

Однотактные и трехтактные силовые агрегаты

Существуют также одно- и трехтактные двигатели. Однотактные двигатели делают с внешней камерой сгорания. Такая схема реализует все четыре такта за один ход поршня. Трехтактный двигатель Ванкеля является роторно-поршневым. Из-за сложности конструкции и чрезвычайной требовательности к качеству обработки поверхностей такие моторы не получили широкого распространения.

Четырехтактный двигатель

Четырехтактный двигатель состоит из цилиндров, установленных на картере и закрытых сверху головкой. Снизу к картеру крепится поддон. В головке цилиндров установлены клапаны — впускные и выпускные — и свечи зажигания (в бензиновых) или форсунки для впрыска топлива (в дизелях). Внутри цилиндра возвратно-поступательно перемещается поршень, который через поршневой палец соединен с верхней головкой шатуна. Нижняя головка шатуна охватывает шатунную шейку коленчатого вала, коренные шейки которого установлены на подшипниках в картере двигателя. Поршень уплотняется в цилиндре посредством поршневых колец. На конце коленчатого вала закреплен маховик. Положение, которое занимает поршень в конце его хода вверх, называется верхней мертвой точкой (ВМТ), а положение в конце хода вниз — нижней мертвой точкой (НМТ). Перемещение поршня от одной мертвой точки до другой при работе двигателя называется тактом. Объем, который образуется над поршнем при нахождении его в ВМТ, называется объемом камеры сгорания. Объем, который освобождает поршень при его движении от ВМТ к НМТ, называется рабочим объемом или литражом двигателя. Сумма объема камеры сгорания и рабочего объема называется полным объемом цилиндра.
Очень важным параметром поршневого двигателя является степень сжатия, которая определяется как отношение полного объема цилиндра к объему камеры сгорания. Степень сжатия современных автомобильных двигателей с искровым зажиганием равна примерно 10. Автомобильные четырехтактные дизели имеют более высокую степень сжатия, не менее 20.

1 — подводящая труба насоса охлаждающей жидкости;
2 — блок цилиндров;
3 — термостат;
4 — датчик температуры охлаждающей жидкости системы управления двигателем;
5 — выпускной патрубок охлаждающей жидкости;
6 — заглушка головки блока цилиндров;
7 — крышка головки блока цилиндров;
8 — регулятор давления топлива;
9 — крышка маслозаливной горловины;
10 — трос привода дроссельной заслонки;
11 — дроссельный узел;
12 — регулятор холостого хода;
13 — датчик положения дроссельной заслонки;
14 — ресивер;
15 — задняя крышка привода распределительного вала;
16 — передняя крышка привода распределительного вала;
17 — форсунка;
18 — пробка штуцера топливной рампы;
19 — топливная рампа;
20 — впускной коллектор;
21 — правый опорный кронштейн впускного коллектора;
22 — шкив привода генератора;
23 — масляный фильтр;
24 — датчик положения коленчатого вала;
25 — поддон картера;
26 — выпускной коллектор;
27 — шатун;
28 — коленчатый вал;
29 — левый опорный крон штейн выпускного коллектора;
30 — маховик

Поперечный разрез двигателя ВАЗ-2111:

1 — пробка сливного отверстия поддона картера;
2 — поддон картера;
3 — масляный фильтр;
4 — насос охлаждающей жидкости;
5 — выпускной коллектор;
6 — впускной коллектор;
7 — форсунка;
8 — топливная рампа;
9 — ресивер;
10 — крышка головки блока цилиндров;
11 — крышка подшипников распределительного вала;
12 — распределительный вал;
13 — шланг вентиляции картера;
14 — регулировочная шайба клапана;
15 — сухари клапана;
16 — толкатель;
17 — пружины клапана;
18 — маслосъемный колпачок;
19 — направляющая втулка клапана;
20 — клапан;
21 — свеча зажигания;
22 — головка блока цилин дров;
23 — поршень;
24 — компрессионные кольца;
25 — маслосъемное кольцо;
26 — поршневой палец;
27 — блок цилиндров;
28 — шатун;
29 — коленчатый вал;
30 — крышка шатуна;
31 — указатель уровня масла;
32 — приемник масляного насоса

Четырехтактный цикл последовательно включает в себя следующие такты: впуск, сжатие, рабочий ход и выпуск:

Четырехтактный цикл:
а — впуск;
б — сжатие;
в — рабочий ход;
г — выпуск

При работе бензинового двигателя в начале такта впуска открывается впускной клапан, а поршень перемещается от ВМТ. По мере перемещения поршня по направлению к НМТ в цилиндре образуется разрежение и в него поступает смесь паров бензина и воздуха, которую принято называть топливно-воздушной смесью или горючей смесью. После прохода поршнем НМТ он за счет вращения коленчатого вала начнет подниматься к ВМТ, что является началом такта сжатия. В начале такта сжатия закрывается впускной клапан и оба клапана остаются закрытыми в течение всего такта. При перемещении поршня к ВМТ горючая смесь, находящаяся в цилиндре, сжимается, ее давление и температура возрастают. Максимальное значение давления сжатия возникает, когда поршень достигает ВМТ. Но поскольку процесс сгорания топлива занимает определенное время, горючую смесь необходимо поджечь заранее, до того, как поршень дойдет до ВМТ в такте сжатия. Смесь воспламеняется с помощью электрической искры, проскакивающей между электродами свечи зажигания. Угол поворота коленчатого вала от момента появления искры до ВМТ называется углом опережения зажигания. При сгорании топлива выделяется большое количество энергоемких газов, которые давят на поршень, заставляя его в следующем такте совершать рабочий ход, который происходит при закрытых клапанах, когда поршень движется по направлению от ВМТ к НМТ. После рабочего хода начинается такт выпуска. При этом открывается выпускной клапан, а поршень движется по направлению к ВМТ, вытесняя отработавшие газы в атмосферу. Затем цикл повторяется в той же последовательности.

Устройство автомобилей

Рабочие циклы двигателей

Рабочий цикл четырехтактного карбюраторного двигателя

Работа двигателя внутреннего сгорания может быть представлена в виде систематически повторяющихся процессов, которые принято называть рабочими циклами. Рабочим циклом двигателя называется ряд последовательных, периодических повторяющихся процессов в цилиндрах, в результате которых тепловая энергия топлива преобразуется в механическую работу. При этом каждый полный рабочий цикл может быть разделен на одинаковые (повторяющиеся) части – такты.

Часть рабочего цикла, совершаемого за время движения поршня от одной мертвой точки до другой, т. е. за один ход поршня, называется тактом . Двигатели, рабочий цикл которых совершается за четыре хода поршня (два оборота коленчатого вала), называются четырехтактными.
В головке блока цилиндров, над камерой сгорания (рис. 1) карбюраторного двигателя устанавливаются впускной 4 и выпускной 6 клапаны, управляемые газораспределительным механизмом, а также свеча зажигания 5.

Рабочий цикл карбюраторного четырехтактного двигателя состоит из последовательных тактов впуска, сжатия, расширения и выпуска.

Такт впуска

В результате вращения коленчатого вала при пуске двигателя (вручную или с помощью специального устройства — например, заводной рукоятки или электродвигателя — стартера) поршень совершает движение от верхней мертвой точки (ВМТ) к нижней мертвой точке (НМТ). При этом впускной клапан 4 открыт, а выпускной клапан 6 закрыт.
Так как объем цилиндра при движении поршня вниз (к НМТ) быстро увеличивается, давление над поршнем уменьшается до 0,07. 0,09 МПа, т. е. внутри цилиндра создается вакуум – избыточное разрежение.
Впускной клапан 3 сообщается со специальным устройством – карбюратором, который приготавливает горючую смесь из топлива и воздуха. Вследствие разности давлений в карбюраторе и цилиндре горючая смесь всасывается через открытый впускной клапан в цилиндр двигателя.

Если двигатель уже работает, то горючая смесь, попадая в цилиндр из карбюратора, смешивается с остаточными продуктами сгорания от предыдущего цикла, и образует рабочую смесь. Смешиваясь с остаточными продуктами сгорания и соприкасаясь с нагретыми деталями цилиндра, рабочая смесь нагревается до температуры 75. 125 ˚С.

Такт сжатия

При подходе поршня к НМТ впускной клапан закрывается. Далее поршень начинает перемещаться вверх (к ВМТ), сжимая смесь воздуха, топлива и остаточных продуктов сгорания, которые не были удалены из цилиндра при выпуске. При движении поршня от НМТ к ВМТ вследствие сокращения объема цилиндра при закрытых клапанах повышаются давление, при этом возрастает температура рабочей смеси (в соответствии с законом Гей-Люссака).
В конце такта сжатия давление внутри цилиндра повышается до 0,9…1,5 МПа, а температура смеси достигает 270-480 ˚С.
В этот момент к электродам свечи зажигания 5 подводится высокое напряжение, которые вызывает между ними искровой разряд, результате чего рабочая смесь воспламеняется и сгорает.
В процессе сгорания топлива выделяется большое количество теплоты, из-за чего температура газов (продуктов сгорания) повышается до 2200-2500 ˚С, и давление внутри цилиндра достигает 3,0…4,5 МПа. Газы начинают расширяться, перемещая поршень вниз, к НМТ.

Такт расширения (рабочий ход)

Под давлением расширяющихся газов поршень движется от ВМТ к НМТ (при этом оба клапана закрыты). В этот промежуток времени (такт) происходит преобразование тепловой энергии в полезную работу, поэтому ход поршня в такте расширения называют рабочим ходом.
При движении поршня к НМТ объем цилиндра увеличивается, вследствие чего давление уменьшается до 0,3…0,4 МПа, а температура газов снижается до 900…1200 ˚С.

Такт выпуска

При подходе поршня к НМТ открывается выпускной клапан 6, в результате чего продукты сгорания рабочей смеси вырываются наружу из цилиндра.
При дальнейшем вращении коленчатого вала поршень начинает перемещаться от НМТ к ВМТ. Выталкивая отработавшие газы через открытый выпускной клапан, выпускной канал 7 и выпускную трубу в окружающую среду. К концу такта выпуска давление в цилиндре составляет 0,11…0,12 МПа, а температура – 600…900 ˚С.

При подходе поршня к ВМТ выпускной клапан закрывается, впускной открывается и начинается такт впуска, дающий начало новому рабочему циклу.

Рабочий цикл четырехтактного дизеля

Рабочий цикл дизельного двигателя принципиально отличается от цикла карбюраторного двигателя тем, что рабочая смесь (смесь топлива, воздуха и остаточных продуктов сгорания) приготовляется внутри цилиндра, поскольку воздух подается в цилиндр отдельно, а топливо отдельно – через форсунку. В дизельном двигателе нет специального устройства для поджигания рабочей смеси – она самовозгорается в результате высокой степени сжатия.
Т. е. в дизеле, в отличие от карбюраторного двигателя, через впускной клапан подается не горючая смесь, а атмосферный воздух, а топливо впрыскивается через форсунку в конце такта сжатия. В цилиндре, как и в случае с карбюраторным двигателем, остаются продукты сгорания рабочей смеси, которые не удалось удалить продувкой.
Смесеобразование (перемешивание воздуха, топлива и остаточных продуктов сгорания) в дизеле протекает внутри цилиндра, что и обуславливает основные отличия череды тактов, составляющих рабочий цикл.

Высокая степень сжатия приводит к тому, что поступивший в цилиндр через впускной клапан воздух, смешивается с остаточными газами и раскаляется (в буквальном смысле этого слова) до высоких температур. И в это время в цилиндр впрыскивается топливо, которое вспыхивает и начинает гореть.

Рабочие процессы в дизельном двигателе протекают в следующей последовательности (рис. 2) :

Такт впуска

В период такта впуска поршень 2 движется от НМТ к ВМТ. При этом впускной клапан 5 открыт, выпускной клапан 6 закрыт. В цилиндре 7 из-за разности давлений в окружающей среде и в цилиндре в конце такта впуска возникает разрежение 0,08. 0,09 МПа, при этом температура внутри цилиндра не превышает 40…70 ˚С.

Такт сжатия

В процессе такта сжатия оба клапана закрыты. Поршень 2 движется от НМТ к ВМТ, сжимая смесь воздуха и отработавших газов. Давление в конце такта сжатия достигает 3…6 МПа, а температура – 450…650 ˚С (превышает температуру самовоспламенения топлива).

При подходе поршня к ВМТ, в цилиндр через форсунку 3 впрыскивается распыленное жидкое топливо. Топливо подается к форсунке (через трубку высокого давления) топливным насосом 1 высокого давления (ТНВД). Форсунка обеспечивает тонкое распыление топлива в сжатом воздухе. Распыленное топливо самовоспламеняется и сгорает. В результате сгорания температура в цилиндре достигает 1600…1900 ˚С, давление – 6…9 МПа.

Такт расширения (рабочий ход)
Такт выпуска

При подходе к нижней мертвой точке (НМТ) выпускной клапан 6 открывается и большая часть отработавших газов под воздействием высокого давления вырывается из цилиндра в атмосферу. Поршень начинает перемещение от НМТ к ВМТ и через открытый выпускной клапан выталкивает оставшиеся в цилиндре отработавшие газы в окружающую среду. К концу такта давление газов в цилиндре составляет 0,11…0,12 МПа, а температура – 600. 700 ˚С.
Далее рабочий цикл повторяется.

Таким образом, в четырехтактном двигателе только один такт – рабочий ход является полезным с точки зрения совершения полезной работы, остальные три вспомогательные, они осуществляются за счет кинетической энергии маховика, закрепленного на конце коленчатого вала.

Рабочий цикл двухтактного двигателя

В двухтактных ДВС рабочий цикл осуществляется за один оборот коленчатого вала.
Схема двухтактного дизеля представлена на рис. 3 .
Воздух насосом 3 нагнетается через впускное (продувочное) окно 4 в цилиндр. В нижней части цилиндра напротив впускного окна имеется выпускное окно 7. В головке 5 блока цилиндра установлены форсунки 6.

Первый такт (рис. 3, а) совершается при движении поршня от НМТ к ВМТ за счет кинетической энергии маховика двигателя. Оба окна открыты. Нагнетаемый через впускное окно 4 воздух вытесняет из цилиндра оставшиеся в нем отработавшие газы, которые выходят через выпускное окно 7. Таким образом происходит очистка цилиндра от отработавших газов (продувка) и заполнение его свежим зарядом.

Движущийся вверх поршень 8 сначала закрывает впускное окно, а затем выпускное окно. С этого момента начинается процесс сжатия, в конце которого через форсунку 6 впрыскивается топливо.
Таким образом, за первую половину оборота коленчатого вала совершаются процессы наполнения и сжатия, и начинается сгорание топлива.

Второй такт (рис. 3. б) происходит при движении поршня ВМТ к НМТ. В результате выделения теплоты при сгорании топлива повышается температура и давление внутри цилиндра. Поршень перемещается вниз, совершая полезную работу.
Как только поршень открывает выпускное окно, отработавшие газы под давлением начинают выходить в окружающую среду. К моменту открытия впускного окна давление внутри цилиндра снижается на столько, что возможна очистка цилиндра путем вытеснения отработавших газов свежим зарядом воздуха, подаваемым в цилиндр насосом 3.
Этот процесс называется продувкой цилиндра. При этом одновременно с вытеснением отработавших газов происходит наполнение цилиндра свежим зарядом. Далее все процессы повторяются в той же последовательности.

Рабочий цикл двухтактного карбюраторного двигателя аналогичен рабочему циклу двухтактного дизеля. Отличие состоит в том, что в цилиндр поступает не чистый воздух, а горючая смесь, и в конце процесса сжатия в цилиндре посредством свечи зажигания подается искра, в результате чего происходит воспламенение горючей смеси.

Одним из преимуществ двухтактного двигателя по сравнению с четырехтактным является то, что каждый рабочий ход здесь протекает в период одного оборота коленчатого вала, а не двух. Очевидно, что снижение количества тактов должно привести к повышению КПД из-за уменьшения паразитических процессов . А поскольку в четырехтактном двигателе за два оборота коленчатого вала протекают четыре такта, из которых полезным является лишь такт рабочего хода (т. е. остальные три такта являются паразитическими), то естественно предположить, что КПД четырехтактного двигателя должен быть ниже, чем КПД четырехтактного двигателя.

Существенными недостатками двухтактных двигателей является их низкая топливная экономичность и меньший срок службы по сравнению с четырёхтактными двигателями. Объясняется этот недостаток тем, что при продувке цилиндра (или цилиндров) свежая горючая смесь частично удаляется вместе с отработавшими газами, поскольку, в отличие от четырехтактного двигателя, выпуск и впуск газов протекает одновременно.
Этими недостатками, а также большей токсичностью отработавших газов объясняется ограниченное применение двухтактных двигателей на автомобилях.

Что такое рабочий цикл двигателя автомобиля

Существует несколько различных типов двигателей, при этом на колесном, гусеничном, водном и даже иногда воздушном транспорте (грузовые и легковые авто, спецтехника, моторные лодки, самолеты и т.п.), нередко можно встретить двигатель внутреннего сгорания (ДВС).

Так или иначе, широкое распространение силовой агрегат данного типа получил благодаря своей автономности, универсальности, а также целому ряду других преимуществ. При этом агрегаты имеют много различных параметров и характеристик, среди которых стоит отдельно выделить рабочий цикл. Далее мы поговорим о том, что означает рабочий цикл автомобильного двигателя внутреннего сгорания.

Читайте в этой статье

Рабочий цикл ДВС: что нужно знать

Если рассматривать принцип работы двигателя внутреннего сгорания, топливо в таких агрегатах сгорает в закрытой камере (камера сгорания), куда подается готовая топливно-воздушная смесь или воздух и топливо по отдельности (дизельные агрегаты и моторы с прямым впрыском).

Работа такого мотора основана на том, что во время сгорания топлива происходит расширение газов. Указанные газы становятся причиной роста давления в цилиндре, благодаря чему поршень получает «толчок». Затем энергия, переданная на поршень, преобразуется в механическую работу. Давайте рассмотрим принцип работы двигателя, а также рабочие циклы более подробно.

Двигатели, которые устанавливаются на автомобили, обычно работают по четырехтактному циклу (четырехтактный двигатель). Это значит, рабочий цикл совершается за два оборота коленвала и четыре хода поршня. Работу такого ДВС можно разделить на такты: такт впуска, такт сжатия, такт рабочего хода, такт выпуска.

Как работает четырехтактный бензиновый двигатель

Чтобы было понятнее, начнем с того, что когда поршень в цилиндре во время работы ДВС начинает занимать крайние положения (максимально приближен или удален по отношению к оси коленчатого вала), эти положения принято называть ВМТ и НМТ. ВМТ означает верхняя мертвая точка, тогда как НМТ значит нижняя мертвая точка. Теперь вернемся к тактам.

  • На такте впуска коленчатый вал двигателя делает первую половину оборота, при этом поршень из ВМТ движется в НМТ. В этот момент открыт впускной клапан, а выпускной клапан закрыт. При движении поршня вниз в цилиндре образуется разрежение, в результате чего в цилиндр «засасывается» топливно-воздушная смесь через открытый впускной клапан. Рабочая смесь состоит из воздуха и распыленного топлива (в некоторых двигателях на такте впуска поступает только воздух).
  • Следующим тактом является сжатие. После того, как произойдет наполнение цилиндра топливно-воздушной смесью, коленвал начинает совершать вторую половину оборота. В этот момент поршень начинает подниматься из НМТ в ВМТ. При этом впускной клапан уже закрыт. Далее поршень сжимает смесь в герметично закрытом цилиндре. Чем больше уменьшается объем цилиндра, тем сильнее сжимается смесь. Результатом такого сжатия является повышение температуры смеси.
  • К тому времени, когда поршень подойдет к концу такта сжатия (практически дойдет до ВМТ), смесь в бензиновых двигателях воспламеняется от внешнего источника (электрическая искра на свече зажигания). Затем топливный заряд сгорает, в результате в цилиндре резко повышается температура и давление. В этот момент поршень уже перемещается обратно из ВМТ в нижнюю мертвую точку, принимая на себя энергию расширяющихся газов.
  • После того, как поршень почти дойдет до НМТ в конце рабочего хода, происходит открытие выпускного клапана. После этого давление в цилиндре снижается, несколько падает и температура. Затем начинается такт выпуска. В это время коленчатый вал совершает последний полуоборот, при этом поршень снова поднимается из НМТ в ВМТ, буквально «выталкивая» отработавшие газы из цилиндра через открытый выпускной клапан в выпускной коллектор.

Работа четырехтактного дизельного ДВС

Хотя дизель конструктивно похож на бензиновый мотор, в дизельных двигателях изначально сжимается только воздух, после чего прямо в камеру сгорания впрыскивается дизтопливо. При этом воспламенение такой смеси происходит самостоятельно (под большим давлением, а также в результате контакта с нагретым от сильного сжатия воздухом).

Простыми словами, воздух сначала сжимается и нагревается, в среднем, до 650 градусов по Цельсию. В самом конце такта сжатия в камеру сгорания топливная форсунка впрыскивает солярку, затем смесь дизтоплива и воздуха самовоспламеняется.

С учетом данной особенности на такте впуска (поршень движется из ВМТ в НМТ), за счет разряжения в цилиндр подается воздух через открытый впускной клапан. Давление и температура воздуха в этот момент имеют низкие показатели.

Затем начинается сжатие, поршень поднимается из НМТ в верхнюю мертвую точку. Как и в случае с бензиновым мотором, впускной и выпускной клапаны полностью закрыты, что позволяет поршню сильно сжать воздух.

Если учесть, что давление воздуха в цилиндре высокое (необходимо для его нагрева), дизельное топливо в момент впрыска должно также подаваться под очень высоким давлением. Фактически, форсунке нужно «продавить» солярку в камеру сгорания, в которой уже находится сильно сжатый поршнем и горячий воздух.

Для решения этой задачи многие системы питания дизельного двигателя имеют ТНВД (топливный насос высокого давления). Также в схеме могут быть использованы насос-форсунки (форсунка и насос объединены в одно устройство). Еще существуют варианты, когда питание двигателя реализовано при помощи так называемого «аккумулятора» высокого давления. Речь идет о системах Common Rail.

После воспламенения заряда происходит расширение газов и начинается рабочий ход поршня. Температура в результате горения смеси повышается, происходит увеличение давления. Указанное давление газов «толкает» поршень, происходит рабочий ход. Завершающим этапом становится выпуск, когда поршень после совершения рабочего хода снова поднимается из НМТ в ВМТ. Затем весь описанный выше процесс (рабочий цикл двигателя) повторяется.

Синхронная работа нескольких цилиндров

Выше были описан принцип работы ДВС, при этом рассматривались процессы в одном цилиндре. Однако, как известно, большинство двигателей являются многоцилиндровыми. Для того чтобы добиться ровной и синхронной работы всех цилиндров, рабочий ход поршня в каждом отдельном цилиндре должен происходить через равный промежуток времени (одинаковые углы поворота коленвала).

В зависимости от компоновки двигателя и его конструктивных особенностей последовательность (порядок работы) может быть разной. Дело в том, что двигатели бывают не только рядными, но и V-образными.

Во втором случае такая компоновка позволяет разместить цилиндры под углом, при этом становится возможным увеличить общее количество цилиндров без увеличения самой длины блока цилиндра двигателя. Такое решение позволяет разместить мощный многоцилиндровый ДВС под капотом не только большого внедорожника или грузовика, но и легкового авто.

Обороты и мотресурс двигателя. Недостатки езды на низких и высоких оборотах. На каком количестве оборотов мотора ездить лучше всего. Советы и рекомендации.

Зависимость мощности и крутящего момента двигателя от числа оборотов коленвала. Крутящий момент бензинового и дизельного ДВС, полка момента, эластичность.

Что означает понятие объем двигателя. Определение рабочего объема мотора. Классы авто в зависимости от объема ДВС, плюсы и минусы большого объема двигателя.

Почему дизельный мотор имеет больший коэффициент полезного действия по сравнению с двигателями на бензине. Крутящий момент и обороты, энергия дизтоплива.

Виды двигателей внутреннего сгорания, отличия различных типов ДВС. Особенности компоновки, объем двигателя, мощность, крутящий момент и другие параметры.

Что нужно знать об электромобилях. Устройство машин с электродвигателем, основные характеристики. Эксплуатация и обслуживание в теории и на практике.

Четырехтактный двигатель: принцип работы, основные отличия

Четырехтактный двигатель представляет собой поршневой мотор внутреннего сгорания. Рабочий процесс всех цилиндров в этих агрегатах занимает 2 кругооборота коленчатого вала или четыре поршневых такта. С середины ХХ века 4 тактный двигатель — самый распространенный вид поршневых моторов.

Принцип работы и основная характеристика

Рабочий цикл ДВС (двигателя внутреннего сгорания) состоит из ряда процессов, при которых усиливается мощность двигателя, воздействующего на коленчатый вал. Состоит рабочий цикл из нескольких этапов:

  • цилиндр заполняется топливной смесью;
  • смесь сжимается;
  • топливная смесь воспламеняется;
  • газы расширяются и цилиндр очищается.

В ДВС поршень двигается в одном направлении (вниз или вверх). Коленчатый вал совершает один оборот в два такта. Рабочим ходом поршня называют тот, при котором совершается полезная работа, и расширяются сгоревшие газы.

Двухтактными называют двигатели, в которых цикл совершается в один оборот коленчатого вала или за два такта. Четырехтактные агрегаты характеризуются совершением рабочего цикла за два оборота коленвала или за четыре такта.

Основные характерные показатели 4 тактного двигателя:

  1. За счет движения рабочего поршня происходит обмен газов.
  2. Агрегат оснащен газораспределительным механизмом, позволяющим цилиндровую полость переключать на впуск и выпуск.
  3. Происходит обмен газов в момент отдельного полуоборота коленвала.
  4. Шестерные редукторы и ременная цепная передача дают возможность изменить моменты впрыскивания бензина, зажигания и привода газораспределительного механизма по отношению к частоте вращения коленвала.

История

Приблизительно в 1854—1857 годах итальянцами Феличче Матоци и Евгением Барсанти было создано устройство, которое по имеющимся сегодня сведениям было похоже на четырехтактный мотор. Изобретение итальянцев было утеряно и только в 1861 году. Алфоном де Роше был запатентован двигатель такого типа.

Впервые пригодный к работе четырехтактный мотор создал немецкий инженер Николаус Отто. В его честь был назван четырехтактный цикл работы циклом Отто, а 4-тактный мотор, применяющий свечи зажигания, называют двигателем Отто.

Особенности работы 4-х тактного двигателя

В двухтактном моторе смазывание поршневых и цилиндровых пальцев, коленвала, поршня, подшипника и компрессорных колец проводят, заливая масло в бензин. Коленчатый вал 4тактного мотора располагается в масляной ванне, что является существенным отличием. Именно поэтому отсутствует необходимость смешивать топливо и добавлять масло. Все, что необходимо сделать владельцу автомобиля — наполнить бензином топливный бак.

Автовладельцу, таким образом, незачем приобретать специальное масло, без которого не может функционировать двухтактный мотор. Кроме того, при наличии четырехтактного мотора на поршневом зеркале и на стенах глушителя уменьшается количество нагара. Еще одно важное отличие — в двухтактном моторе в выхлопную трубу выплескивается горючая смесь, что обусловлено его устройством.

Следует признать, что у четырехтактных двигателей также имеются небольшие недостатки. Например, у них не особо качественными являются рабочие моменты по регулированию теплового клапанного зазора.

Конструкция агрегата

Распредвал четырехтактного мотора размещается в крышке цилиндра. Он приводится в действие ведущим колесом, вмонтированном в коленчатый вал. Распределительный вал открывает и закрывает один из клапанов: выпускной или впускной, в зависимости от расположения поршня. На распределительном вале также расположены кулачки, которые приводят в действие клапанные коромысла.

Коромысла после срабатывания, начинают воздействовать на определенный клапан и открывают его. Важно, что между регулировочным винтом и клапаном должен быть тепловой зазор (узкий промежуток). При нагреве металл расширяется, поэтому, если зазор слишком маленький или его нет вообще, клапаны не могут закрыть полностью каналы выпуска и впуска.

У клапана впуска зазор должен быть меньше, чем у клапана выпуска, потому как газы выхлопа горячее, чем смесь. Соответственно клапан впуска нагревается меньше, чем клапаны выпуска.

Работа двигателя

Как уже было отмечено работа четырехтактного мотора состоит из четырех тактов поршня или из двух оборотов коленвала.

Этапы работы :

  1. Впуск. Поршень движется в нижнюю сторону, открывая клапан впуска. Из карбюратора горючая смесь поступает в цилиндр. Когда поршень достигает нижнего положения, клапан впуска закрывается.
  2. Сжатие. Поршень движется вверх, провоцируя сживание горючей смеси. Когда он приближается к верхней точке, сжатый бензин возгорается.
  3. Расширение. Бензин возгорается и сгорает. В результате чего происходит растяжение горючих газов, и поршень движется вниз. При этом два клапана оказываются закрытыми.
  4. Выпуск. Коленчатый вал по инерции продолжает двигаться вокруг своей оси, а поршень движется вверх. Вместе с этим открывается клапан выпуска, и выхлопные газы поступают в трубу. При прохождении клапаном мертвой точки, клапан впуска закрывается.

Конструктивные и эксплуатационные отличия четырехтактных двухтактных бензиновых двигателей

Главное отличие четырехтактного двигателя от двухтактного обусловлено разными механизмами газообмена, а именно: удалением отработанных газов и подачей топливно-воздушной смеси в цилиндр.

Процессы заполнения цилиндра и его очистки в четырехтактном двигателе происходят с помощью газораспределительного специального механизма, который в определенное время открывает и закрывает рабочий цикл.

Очистка цилиндра и его заполнение в двухтактном двигателе выполняется в одно время с с расширением и сжатием при нахождении поршня поблизости мертвой нижней точки. В стенках цилиндра для этого имеется два отверстия: продувочное или впускное и выпускное. Через выпускное отверстие поступает топливная смесь, и выходят отработанные газы.

Основные отличия двухтактных и четырехтактных двигателей:

  1. Литровая мощность. В четырехтактном двигателе на два оборота коленчатого вала приходится один рабочий ход. Поэтому теоретически двухтактный двигатель должен иметь литровую мощность вдвое больше, чем четырехтактный. Но на практике превышение составляет около 1,8 раза, благодаря использованию поршня при расширении хода, а также наличия худшего механизма освобождения цилиндра от отработанных газов и больших затрат на продувку части мощности.
  2. Потребление топлива. Двухтактный двигатель превосходит четырехтактный в удельной и литровой мощности, но уступает в экономичности. Отработанные газы вытесняются воздушно — топливной смесью, которая поступает в цилиндр из шатунно-кривошипной камеры. Часть топливной смеси при этом поступает в выхлопные каналы и удаляется с отработанными газами.
  3. У двухтактного и четырехтактного двигателей принцип смазки двигателя существенно отличается. Двухтактные модели характеризуются необходимостью смешивания бензина с моторным маслом в определенных пропорциях. Масляная воздушно-топливная смесь циркулирует в поршневой и кривошипной камерах, смазывая подшипники коленчатого вала и шатуна. Мельчайшие капли масла при возгорании топливной смеси сгорают вместе с бензином. Продукты сгорания уходят вместе с отработанными газами.

Смешивают бензин с маслом двумя способами. Это может быть простое перемешивание, которое проводится перед тем, как залить в бак топливо и раздельная передача. Во втором случае масляно-топливная смесь образуется во впускном патрубке, расположенном между цилиндром и карбюратором.

Двигатель в последнем случае оснащен масляным бачком с трубопроводом, соединенным с плунжерным насосом. Насос подает масло во впускной патрубок в том количестве, которое необходимо. Производительность насоса зависит от того, как расположена ручка подачи «газа». Поступление масла тем больше, чем больше подается топливо. Более совершенной является раздельная система смазки двухтактного двигателя. Отношение бензина к маслу при ней может достигать 200:1. Это приводит к снижению расхода масла и к уменьшению дымности. Такую систему используют, например, на современных скутерах.

В четырехтактных двигателях бензин с маслом не смешивают, а подают отдельно, для чего двигатели имеют классическую систему смазки, которая состоит из фильтра, масляного насоса, трубопроводной магистрали и клапанов. В качестве масляного бачка может выступать картер двигателя (смазка с «мокрым «картером) либо отдельный бачок («сухой» картер).

В первом случае насос всасывает из поддона масло, направляет его во входную полость, а затем по каналам -к деталям шатунно-кривошипной группы, к подшипникам коленвала и газораспределительному механизму.

В случае смазки с «сухим» картером масло заливают в бочок. Оттуда оно при помощи насоса попадает к трущимся поверхностям. Стекающую в картер часть масла откачивают дополнительным насосом и возвращают в бачок.

Для очищения масла от разных продуктов износа двигатель имеет фильтр. Кроме того при необходимости устанавливают охлаждающие фильтра, потому как температура масла в процессе работы может очень сильно подниматься.

Такты работы ДВС — презентация онлайн

1. Тема 4. Такты работы ДВС (часть 1)

2. Вопросы: 1. Процесс газообмена: выпуск и впуск 2. Сжатие

Периоды газообмена
!
Процессы выпуска из цилиндра
продуктов
сгорания
и
наполнения цилиндра свежим
зарядом называют процессами
газообмена.
Продолжительность
данного
процесса определяется фазами
газораспределения.
Основные периоды процесса газообмена четырехтактного
двигателя следующие:
1. Свободный выпуск
2. Принудительный выпуск
3. Наполнение
4. Дозарядка
Круговая диаграмма
фаз газораспределения
четырехтактного
двигателя
Основные периоды процесса впуска:
1.
Период перекрытия клапанов
(от точки r’ до точки a’) –
интенсивный процесс
газообмена;
2.
Период (от точки a’ до точки a) –
наполнения свежим зарядом;
3.
Период (от точки a до точки a’’)
– дозарядка или обратный
выброс.
Показатели качества газообмена:
Коэффициент наполнения —
Коэффициент остаточных газов —
Коэффициент наполнения:
Действительное количество
свежего заряда,
поступившего в цилиндр
!
Коэффициент наполнения равен
отношению действительного
количества свежего заряда,
поступившего в цилиндр
двигателя двигателя к
теоретическому количеству
свежего заряда, которое там
может разместиться при
определенных условиях:
-для двигателя без наддува при
атмосферных условиях Po и To;
Теоретическое количество
свежего заряда, которое
может разместиться в
цилиндре при определенных
условиях
— для двигателя с наддувом при
давлении Pk и Tk во впускном
трубопроводе за компрессором и
охладителем.
Значения
коэффициента
наполнения
для
различных типов автомобильных и тракторных
двигателей при работе их с полной нагрузкой:
Для двигателей с электронным впрыском………..0,80-0,96
Для карбюраторных двигателей……………………0,70-0,90
Для дизелей без наддува……………………………0,80-0,94
Для дизелей с наддувом……………………………0,80-0,97
Коэффициент остаточных газов:
Количество остаточных
газов в цилиндре
!
Под коэффициентом остаточных
газов понимают отношение
количества остаточных газов к
количеству свежего заряда.
Величина коэффициента остаточных газов
изменяется в следующих пределах:
Количество свежего заряда в
цилиндре
Для бензиновых и газовых двигателей без
наддува……………………………0,04-0,10
Для дизелей без наддува…………0,02-0,05
Для двухтактных двигателей……0,05-0,40
Влияние на коэффициент наполнения различных
факторов:
Зависимость коэффициента
наполнения автомобильных
двигателей от частоты вращения
коленчатого вала
1 – ЗИЛ-130,
Зависимость коэффициента
наполнения от нагрузки
2- ЗАЗ-966А
+ степень сжатия
+ давление и температура на впуске
Примеры организации движения свежего заряда
Завихрение заряда в
цилиндре дизельного
двигателя в процессе
впуска
Применение четырех клапанов на один цилиндр с
завихрением заряда на впуске в бензиновых
двигателях
Завихрение заряда на впуске в зависимости от
режима работы двигателя
Изменение длины впускного коллектора
Длинный впускной коллектор
Короткий впускной коллектор
Задачи процесса сжатия:
-расширение температурных пределов рабочего цикла;
-создание условий, необходимых для воспламенения и сгорания
горючей смеси. Эти условия обеспечивают эффективное
преобразование теплоты в полезную работу.
!
Эффективность данного процесса определяется
степенью сжатия
Ориентировочные пределы степеней сжатия для двигателей
различных типов:
!
Действительный процесс сжатия отличается от
такового в обратимых термодинамических
циклах наличием утечек рабочего тела и
изменением его состава в результате испарения
и окисления топлива и масла, а также наличием
теплообмена со стенками
Давление (МПа) и температура (К) в конце процесса
сжатия определяются из уравнения политропы с
постоянным показателем:
где
показатель политропы
Влияние различных факторов на показатель адиабаты
сжатия:
* При одинаковой степени сжатия и температуре начала сжатия значение
для бензиновых двигателей обычно ниже, чем для дизелей. Причина –
испарение топлива.
* Увеличение частоты вращения приводит к увеличению показателя адиабаты.
Причина – время на процесс теплообмена со стенками уменьшается.
* Уменьшение отношения поверхности охлаждения
к объему цилиндра
приводит к увеличению показателя адиабаты.
* Повышение средней температуры процесса сжатия ведет к снижению
показателя адиабаты.
* Увеличение интенсивности охлаждения ведет к снижению показателя
адиабаты.
?
Вопрос. Показатель адиабаты выше у какого двигателя: с водяным
охлаждением или воздушным?
!

Принцип работы ДВС. Рабочие такты двигателя

Все транспортные средства снабжены двигателями внутреннего сгорания, их название означает, что топливовоздушная смесь поджигается внутри специальных емкостей (цилиндров), а основной движущей силой являются газы (продукты горения), которые при нагреве расширяются.

Рабочий цикл четырехтактного двигателя

Рабочий цикл — это совокупность событий, следующих друг за другом, происходящих во всех цилиндрах и периодически возобновляющихся. Результатом этих действий является превращение энергии газов в движение коленвала. Если полный оборот коленвала выполняется, пока поршень совершает два движения, то этот двигатель именуют двухтактным.

Все силовые установки, которыми оснащаются современные автомобили, работают в четырехтактном режиме, рабочий цикл занимает два полных оборота коленвала или четыре прохода поршня. Он разделяется на следующие такты: впуск, сжатие топлива, образование и расширение газов горения (полезный ход), выпуск. Позиции поршня, когда он оказывается на максимальном удалении от коленвала и на минимальном, получили названия верхней и нижней мертвой точки (ВМТ и НМТ).

Впуск

Пока коленвал совершает первый из четырех полуоборотов, поршень смещается от верхней точки к нижней. Впускающий клапан открывается, и благодаря возникающему над поршнем низкому давлению в полезный объем втягивается новая порция топлива, в состав ее входят пары горючего и воздух.

Сжатие

На следующем полуобороте коленвала поршень смещается вверх от НМТ к ВМТ, оба клапана при этом закрыты. Рабочий объем цилиндра уменьшается, результатом этого становится повышение давления и температуры.

Рабочий ход

Когда процесс сжатия подходит к концу, на свече зажигания образуется электрическая искра, от которой возгорается и быстро вспыхивает топливная смесь. Получившиеся газы создают огромное давление на поршень и вынуждают его опускаться вниз, к НМТ.

Шатун, связывающий поршень с коленвалом, оказывает воздействие на последний, заставляя его вращаться. Это полезное действие образовавшихся газов, из—за него третий такт и получил название рабочего. В завершение полезного хода, когда поршень уже приближается к НМТ, начинает работать выпускающий клапан. Сделавшие свое дело газы покидают цилиндр, освобождая место для новой порции топливовоздушного состава, давление и температура в камере сгорания снижаются.

Выпуск

На последнем полуобороте коленвала поршень вновь идет от НМТ к ВМТ при разблокированном выпускающем клапане, и остывшие газы выдавливаются поршнем из камеры сгорания в выхлопную систему.

Дизельные двигатели

Дизельные и бензиновые двигатели во многом сходны, каждый из четырех тактов в их работе происходит почти одинаково, но есть и небольшая разница. Она состоит в том, что на такте «впуск» в камеру сгорания подается только воздух, который при такте «сжатие» нагревается до 700 °C, и только после этого в камеру подается распыленное дизтопливо, сразу же самовозгорающееся от горячего воздуха.

Многоцилиндровые двигатели

Автомобильные двигатели оснащены всегда больше, чем одним цилиндром, и для синхронной работы такого агрегата такты каждого из цилиндров должны следовать друг за другом через одинаковые отрезки времени. Это достигается расположением цилиндров через равные углы проворота коленвала.

Двигатель внутреннего сгорания с круговым циклом

Орбитальный непоршневой двигатель внутреннего сгорания с круговым циклом

Мы давно не смотрели на новые двигатели внутреннего сгорания, и я только что заметил этот, двигатель с круговым циклом. Он описывается как орбитальный непоршневой двигатель внутреннего сгорания, имеющий поршни и цилиндры и способный работать на различных горючих жидкостях или газах. У него нет блока цилиндров, коленчатого вала или шатунов, отдельного маховика, впускных или выпускных клапанов, водяного насоса, радиатора или любого другого оборудования, обычно связанного с этими элементами.

Двигатель с круговым циклом — действующий прототип

В двигателе используется непосредственный впрыск топлива в центр камеры сгорания, и он может работать как с искровым зажиганием, так и с дизельным. Потенциальные приложения, согласно веб-сайту, в значительной степени соответствуют вашим ожиданиям, то есть всему, для чего вы бы использовали любой другой двигатель внутреннего сгорания.

Компания разрабатывает двигатель в течение пяти лет и считает, что он находится на той стадии, когда можно перейти к следующему шагу, то есть к разработке и производству для конкретных приложений, поэтому они хотят продать или лицензировать патент или заключить совместное предприятие с кем-то, кто может продвигать его вперед.

Единственная часть конструкции, которая вызывает у меня сомнения, — это зубчатая передача, необходимая для удержания цилиндров и поршней на одной линии во время вращения больших зубчатых колес. Любой сбой в работе или сломанный зуб на одной из шестерен может привести к катастрофическому отказу, но они могли решить эту проблему где-то в конструкции, и это могло бы быть более очевидным, если бы мы увидели настоящий двигатель вблизи.

На сайте много фотографий, рисунков и анимаций, а также гораздо больше объяснений концепции.Это лучше, эффективнее или в некотором роде улучшение того, что у нас уже есть? Я не могу сказать, но это довольно гениально и круто смотреть в действии, как раз то, что должно понравиться любому редуктору.

Ссылка: Круговой цикл

Анимация и видео ниже:

Анимация для демонстрации процесса.

Прототип вручную вращается в замедленной съемке.

Прототип, работающий на пропане.

Двигатели внутреннего сгорания

Двигатели внутреннего сгорания

Шон Кэссиди


10 декабря 2016 г.

Представлено в качестве курсовой работы для Ph340, Стэнфордский университет, осень 2016 г.

Введение

Рис.1: Цикл Отто для искрового зажигания Двигатель. [2] (Источник: С. Кэссиди)

Двигатель внутреннего сгорания является одним из самых важные изобретения в истории человечества. Это произвело революцию в путешествиях автомобилем, поездом, кораблем и самолетом. Существует два основных типа двигатели внутреннего сгорания (ДВС): прерывистое и непрерывное сгорание двигатели. Четырехтактный поршневой двигатель, например, является прерывистым. двигатель внутреннего сгорания, в то время как газотурбинный двигатель использует непрерывное сгорание.IC двигатели используют сгорание топлива с окислителем для преобразования химическую энергию в чувственную энергию и работу. После зажигания, высокотемпературный газ воздействует на поршень или турбину, когда он расширяется, совершая полезную работу. Основной экзотермический углеводород реакция горения (в воздухе) можно записать [1]

C x H y + w O 2 + 3,76 w N 2 → a CO 2 + b H 2 O + c О 2 + d N 2 + ε

, где w, a, b, c и d представляют собой молярные коэффициенты, которые зависят от конкретного углеводородного реагента и количество присутствующего воздуха, реагенты wO 2 + 3.76wN 2 представляют собой инженерный воздух, а ε представляет энергию. [1] Однако на практике диоксид углерода, азот, и кислород не являются единственными продуктами горения. Такие виды, как оксид азота (NO), диоксид азота (NO 2 ) и углерод монооксид (CO) также являются обычными продуктами реакции, и их можно найти в выхлопных газах двигателей внутреннего сгорания. [1] Кратко рассмотрим два двигателя внутреннего сгорания. представлены здесь: поршневой двигатель с искровым зажиганием и газотурбинный реактивный двигатель.

Двигатель с искровым зажиганием

Термодинамический цикл Отто описывает идеальный двигатель с искровым зажиганием. Топливно-воздушная смесь всасывается в поршень в постоянное давление (1-2), а затем изоэнтропически сжимается до тех пор, пока поршень достигает верхней мертвой точки (2-3). Искровое воспламенение смеси моделируется как постоянный объемный подвод тепла к рабочему телу (3-4), который затем расширяется изоэнтропически (4-5), пока не достигнет дна мертвая точка (НМТ).При BDC тепло отводится постоянным объемом, а затем выхлопной газ выбрасывается при постоянном давлении. Схема Цикл Отто показан на рис. 1. Идеальная производительность цикла равна область, ограниченная путем процесса.

В реальном двигателе с искровым зажиганием идеализированный подвод тепла постоянного объема заменяется сжиганием топлива. В Чтобы приблизиться к идеальным условиям, текущие исследования направлены на гомогенизацию топливной смеси в камере сгорания, а также изучить время задержки воспламенения, распространение пламени и др. характеристики.

Газотурбинный двигатель

Рис. 2: Цикл Брайтона для газовой турбины Двигатель. [2] (Источник: С. Кэссиди)

Газотурбинный двигатель идеально моделируется Термодинамический цикл Брайтона. [2] Воздух поступает через впускное отверстие, сжимается изоэнтропически (1-2) и смешивается с топливом. [2] Тепло добавляется при постоянном давлении в процессе, моделирующем идеальное сгорание топлива (2-3), а газ адиабатически расширяется через сопло (3-4).[2] Процесс показан на рис. 2. Как и в случае с циклом Отто, идеальный результат работы — это область, ограниченная технологическим путем.

Настоящий газотурбинный двигатель содержит впуск, компрессор, камера сгорания, турбина и сопло. [3] Турбина подключена к компрессору, так что газ, проходящий через турбину, приводит в движение степень сжатия двигателя. [3] Воздух поступает через впускное отверстие и подается в компрессор. Сжатие часто происходит в несколько этапы.После сжатия воздух смешивается с топливом и поступает в камера сгорания. [3] Высокотемпературный газ устремляется через турбины и расширяется через сопло. [3] Весь процесс происходит постоянно, при этом газ проходит через двигатель без перерыва. [3]

Заключение

Термодинамический анализ искрового и газового газотурбинных двигателей раскрывает общие процессы, посредством которых каждый преобразует химическую потенциальную энергию в работу движения.Понимание реального химические реакции внутри двигателей дают представление о сам процесс горения и образование токсичных и экологически вредные газы. Повышение эффективности и сокращение выбросов требуют инновационных исследований с глубоким пониманием термодинамики и газодинамика, задействованная в системах двигателей внутреннего сгорания.

© Шон Кэссиди. Автор дает разрешение на копировать, распространять и отображать это произведение в неизмененном виде, с ссылка на автора только в некоммерческих целях.Все остальные права, включая коммерческие права, сохраняются за автором.

Ссылки

[1] К. Уорк, Усовершенствованная термодинамика для Engineers (McGraw-Hill, 1995), гл. 10.

[2] Ю. Ценгель и М. Болес Термодинамика: An Инженерный подход , 7-е издание (McGraw-Hill, 2011), гл. 9.

[3] С. Фарохи, Авиадвижение , 2-й Издание (Wiley, 2014), гл.4.

Концепция цикла парового двигателя внутреннего сгорания

Целью улучшения экономичных и экологически безопасных параметров оттомоторов и дизелей является предложение реализации нового цикла. Этот новый цикл предполагает выработку расширяющегося водяного пара в качестве рабочего тела исключительно путем прямой передачи тепла от элементов сгорания штатной топливно-воздушной смеси внутри камеры сгорания двигателя перед каждым рабочим ходом поршня. Новый цикл может быть воплощен в будущих двигателях, а также в базовом мире с двигателями Отто и дизелями с реальной конструкцией форкамеры.

Предварительные расчеты показали, что такая топливная эффективность ICSE может быть значительно выше топливной эффективности цикла Отто, а полученные характеристики ICSE могут быть почти такими же, как у 6SCSGE и высокоразвитых циклов классических локомотивов с паровыми двигателями.

Существует несколько основных конструкций для реализации цикла паровой машины внутреннего сгорания.

Дизайн №1. По мнению авторов, конструкция могла быть построена на основе форкамерного двигателя Отто.Схема силовой установки реализации способа 1 представлена ​​на рис. 1. Технология работает следующим образом: свежий воздух вдувается в основную камеру сгорания на такте впуска, а топливно-воздушная смесь — в форкамеру. Ближе к концу такта сжатия специальная водяная форсунка распыляет воду (водяной туман) в основную камеру сгорания. Параллельно с впрыском воды свеча зажигания воспламеняет горючую смесь, сконцентрированную в форкамере. Продукты сгорания топливно-воздушной смеси в виде мощного потока по соединительному каналу истекают в основную камеру сгорания, где превращают водяной туман в расширяющийся водяной пар.Каждый рабочий ход является результатом расширяющейся силы водяного пара, подобно работе традиционной паровой машины. Такт выхлопной парогазовой смеси реализуется традиционными способами.

Предложенная здесь технология паровых двигателей внутреннего сгорания более предпочтительна для использования в новых или уже существующих двигателях Отто или дизелях, таких как двухтактные двигатели, четырехтактные двигатели, роторные двигатели, квазитурбинные двигатели и другие. Наша технология позволяет более полно использовать тепловой перепад для производства электроэнергии.Как показали результаты нашего моделирования, указанный тепловой КПД может быть увеличен почти в два раза. На графике внешней скоростной характеристики, приведенном на рис. 3, мы также отмечаем значительное увеличение мощности и крутящего момента при одновременном снижении расхода топлива.

В то же время, как видно из анализа кинематических схем, двигатели, работающие по циклу ИКСЕ, могут иметь простую конструкцию.

Эффективность двигателя

Эффективность двигателя

Ханну Яаскеляйнен

Это предварительный просмотр статьи, ограниченный некоторым исходным содержанием.Для полного доступа требуется подписка DieselNet.
Пожалуйста, войдите под номером , чтобы просмотреть полную версию этого документа.

Abstract : Преобразование энергии топлива в полезную работу в двигателе внутреннего сгорания сопряжено с рядом потерь. К ним относятся потери химической энергии с выбросами, потери тепла двигателем и через выхлопные газы, а также потери на перекачку газа и потери на трение в двигателе. Соответственно, общий тепловой КПД торможения двигателя является продуктом сгорания, термодинамического, газообменного и механического КПД.

Потери энергии двигателя

Сводка потерь

Преобразование энергии топлива в полезную работу в двигателе внутреннего сгорания сопряжено с рядом потерь. Основные потери энергии двигателя и соответствующие коэффициенты эффективности показаны на рисунке 1 [3038] . Другие исследования факторов, влияющих на КПД двигателя, с акцентом на низкотемпературное сгорание, можно найти в литературе [4886] .

Рисунок 1 .Обзор потерь энергии в типичном двигателе внутреннего сгорания

Начиная со сжигания углеводородного топлива и выделения его энергии, небольшое количество топлива не превращается полностью в идеальные продукты сгорания СО 2 и Н 2 O. Энергия, остающаяся в несгоревшем топливе и промежуточных продуктах сгорания, равна приходится эффективность сгорания .

Второй закон термодинамики определяет, что из энергии, высвобождаемой в процессе горения, только часть ее может быть преобразована в полезную работу.Эта доля объясняется термодинамическим КПД , который зависит от деталей цикла, используемого для преобразования тепла в работу. Для двигателей внутреннего сгорания верхний предел термодинамического КПД обычно определяют с помощью расчетов циклов Отто и Дизеля. Энергия сгорания, которая не преобразуется в механическую работу, теряется в виде тепла либо за счет выброса горячих выхлопных газов в окружающую среду, либо за счет передачи тепла через поверхности камеры сгорания. Полная указанная эффективность равна произведению эффективности сгорания и термодинамической эффективности и отражает общую работу, произведенную при сгорании топлива.

Из энергии, которая была преобразована в работу, часть этой работы используется для подачи всасываемых газов в двигатель и вытеснения выхлопных газов. Эти насосные потери учитываются с помощью эффективности газообмена . Чистая указанная эффективность регулирует общую указанную эффективность с учетом работы, необходимой для перемещения газов в двигатель и из него.

Некоторая работа также должна быть использована для преодоления трения между скользящими поверхностями, такими как поршневые кольца и подшипники, и для привода необходимых вспомогательных устройств, таких как масляные насосы и насосы охлаждающей жидкости.Последнее объясняется механическим КПД . Как ни странно, потери при газообмене и потери на трение иногда объединяются в одну потерю, которая используется для определения механического КПД. Это обсуждается ниже.

Таким образом, оставшаяся работа, работа торможения, может быть получена от двигателя для выполнения полезной работы. Эффективность торможения (или термическая эффективность тормоза) может быть выражена как:

η тормоз = η сжигание · η термодинамический · η газообмен · η механический (1)

Другой способ выразить эффективность торможения — [3980] :

.

η тормоз = η замкнутый цикл · η открытый цикл · η механический (2)

где:
η закрытый цикл – КПД замкнутого цикла, причем закрытый цикл является частью 4-тактного цикла, когда впускной и выпускной клапаны закрыты.η закрытый цикл = η сгорание · η термодинамический
η открытый цикл — эффективность открытого цикла, открытый цикл является частью 4-тактного цикла, когда впускной или выпускной клапаны открыты. η открытый цикл = η газообмен

Следует отметить, что это обсуждение КПД двигателя проводится с точки зрения процесса, используемого для преобразования тепла в работу, т. е. оно ограничено определенным типом машины и отражает ограничения машины или термодинамического цикла, используемого для преобразования тепла. работать.Эффективность также можно рассматривать с точки зрения топлива и количества топливной эксергии, которая может быть преобразована в работу. Более поздний подход, обсуждаемый позже, является более общим и не ограничивается каким-либо конкретным термодинамическим циклом.

Топливная энергия

В двигателе внутреннего сгорания воздух и топливо смешиваются, образуя горючую смесь, которая воспламеняется и выделяет энергию в виде тепла. Количество выделяемого тепла зависит от ряда факторов. В то время как количество топлива, попавшего в цилиндр, является основным фактором, определяющим энергосодержание попавшей воздушно-топливной смеси и, следовательно, общего количества тепла, которое может быть выделено, ряд второстепенных факторов также важен.Эти вторичные факторы включают детали о составе топлива, такие как тип элементов, содержащихся в топливе, и характер связей, соединяющих элементы вместе.

Для двигателей чистая энергия, выделяемая при сгорании, обычно представлена ​​низшей теплотворной способностью (LHV) топлива, поскольку предполагается, что вода, образующаяся при сгорании, остается в парообразном состоянии. На рис. 2 показана LHV ряда видов топлива, которые можно использовать в двигателе внутреннего сгорания, в зависимости от их стехиометрического соотношения воздух-топливо.Обратите внимание, что для углеводородного топлива значения LHV очень похожи и значительно выше, чем для топлива, содержащего кислород. Кислородсодержащие функциональные группы дают меньшую чистую энергию во время сгорания, внося значительный вклад в массу и объем топлива.

Рисунок 2 . Более низкая теплотворная способность (LHV) различных видов топлива по сравнению со стехиометрическим соотношением воздух-топливо

Данные с [391]

После того, как выбор топлива определен, мощность двигателя определяется содержанием энергии воздушно-топливной смеси, попавшей в цилиндр перед сгоранием.Для двигателей, в которых смешивание воздуха и топлива осуществляется до поступления всасываемого заряда в цилиндр, эта энергия связана с количеством воздушно-топливной смеси, которая может быть введена и захвачена в цилиндре. Для двигателей, в которых смешивание воздуха и топлива происходит в цилиндре после IVC, это зависит от количества воздуха, которое может быть введено и захвачено в цилиндре. Можно показать, что [4730] :

Hport=ρmixLHVfλ·AFRstoich+1H_port = {ρ_mix LHV_f} свыше {λ AFR_stoich +1}(3)

где:
H порт = энергоемкость на единицу объема цилиндра смеси, образующейся до поступления в цилиндр, МДж/м 3
ρ смесь = плотность смеси, кг/м 3
LHV f = низшая теплота сгорания топлива, МДж/кг
λ = относительная воздушно-топливная смесь
AFR стех = стехиометрическая воздушно-топливная смесь

и

HDI=ρairLHVfλ·AFRstoichH_DI = {ρ_air LHV_f} над {λ AFR_stich}(4)

где:
H DI = энергоемкость единицы объема цилиндра смеси, образующейся в цилиндре после ВВК, МДж/м 3
ρ воздух = плотность воздуха, кг/м 3

Следует отметить, что для большинства жидких топлив разница между H порт и H DI невелика.Однако для газообразного топлива, такого как метан, основного компонента природного газа, разница может быть более существенной, рис. отражает энергию, которая может быть захвачена в цилиндре. Влияние повышения давления на входе с помощью турбонагнетателя или нагнетателя в уравнении (3) и уравнении (4) учитывается через член плотности.

Рисунок 3 . Энергия сгорания на единицу объема цилиндра смеси метана и воздуха в зависимости от λ

При 0°С, 101.325 кПа

На рисунке 4 показаны значения H порта и H DI стехиометрических смесей нескольких видов топлива при стандартных условиях в зависимости от их стехиометрического соотношения воздух-топливо и на основе наиболее распространенных средств их смешивания с всасываемым воздухом [4730] . Хотя существуют важные различия, следует отметить, что выходная мощность двигателя, работающего на любом из этих видов топлива, исходя только из плотности энергии смеси, будет удивительно схожей. Однако следует отметить, что одной плотности энергии смеси недостаточно для определения максимальной мощности двигателя.

Рисунок 4 . Энергия сгорания на единицу объема цилиндра смеси топлива и воздуха при λ=1 в зависимости от стехиометрического соотношения воздух-топливо

При 0°C, 101,325 кПа

###

рабочих циклов двигателя внутреннего сгорания






Поршневой двигатель известен как тепловая машина внутреннего сгорания. Двигатели внутреннего сгорания можно описать как любую группу устройств, в которых рабочими телами двигателя служат реагенты сгорания (окислитель и топливо) и продукты сгорания.Концепция поршневого двигателя заключается в том, что топливовоздушная смесь подается внутрь цилиндра, где она сжимается, а затем сгорает. Это внутреннее сгорание высвобождает тепловую энергию, которая затем преобразуется в полезную механическую работу, поскольку создаваемое высокое давление газа заставляет поршень двигаться вдоль своего хода в цилиндре..
Чтобы использовать движение поршня, тяговое усилие поршня передается через шатун на коленчатый вал, функция которого состоит в преобразовании линейного движения поршня в цилиндре во вращательное движение коленчатого вала (см. рис. 1).Таким образом, поршень может повторять свое движение вперед и назад из-за ограничений кругового пути кривошипной шейки коленчатого вала и направляющего цилиндра.
Смещение поршня назад и вперед обычно называют возвратно-поступательным движением поршня, поэтому эти силовые агрегаты также известны как поршневые двигатели.
Рабочий объем двигателя определяется как общий рабочий объем цилиндра. Таким образом, рабочий объем цилиндров двигателя равен смещению поршня каждого цилиндра, умноженному на число цилиндров,
. где = рабочий объем цилиндра двигателя, V = рабочий объем поршня
n=количество цилиндров.

Поршневой двигатель известен как тепловая машина внутреннего сгорания. Двигатели внутреннего сгорания можно описать как любую группу устройств, в которых рабочими телами двигателя служат реагенты сгорания (окислитель и топливо) и продукты сгорания. Концепция поршневого двигателя заключается в том, что топливовоздушная смесь подается внутрь цилиндра, где она сжимается, а затем сгорает. Это внутреннее сгорание высвобождает тепловую энергию, которая затем преобразуется в полезную механическую работу, поскольку создаваемое высокое давление газа заставляет поршень двигаться вдоль своего хода в цилиндре.
Чтобы использовать движение поршня, тяговое усилие поршня передается через шатун на коленчатый вал, функция которого состоит в преобразовании линейного движения поршня в цилиндре во вращательное движение коленчатого вала (см. рис. 1). Таким образом, поршень может повторять свое движение вперед и назад из-за ограничений кругового пути кривошипной шейки коленчатого вала и направляющего цилиндра.
Смещение поршня назад и вперед обычно называют возвратно-поступательным движением поршня, поэтому эти силовые агрегаты также известны как поршневые двигатели.
Рабочий объем двигателя определяется как общий рабочий объем цилиндра. Таким образом, рабочий объем цилиндров двигателя равен смещению поршня каждого цилиндра, умноженному на число цилиндров,
. где = рабочий объем цилиндра двигателя, V = рабочий объем поршня
n=количество цилиндров.

Поршневые кольца: Это круглые кольца, которые герметизируют зазоры между поршнем и цилиндром, их цель состоит в том, чтобы предотвратить утечку газа и контролировать количество смазки, которая может достигать верхней части цилиндра.
Поршневой палец -штифт: Этот штифт передает усилие от поршня к головке шатуна, позволяя штоку качаться вперед и назад при вращении коленчатого вала.
Шатун: Действует как распорка и тяга. Он передает линейные импульсы давления, действующие на поршень, на шатунную шейку коленчатого вала, где они преобразуются в крутящее усилие.
Коленчатый вал: Простой коленчатый вал состоит из вала круглого сечения, изогнутого или изогнутого с образованием двух перпендикулярных шатунов и смещенной шатунной шейки.Отогнутая часть вала обеспечивает коренные шейки. Коленчатый вал косвенно связан шатуном с поршнем, что позволяет преобразовать прямолинейное движение поршня во вращательное движение коленчатого вала вокруг оси коренной шейки.
Коренные шейки коленчатого вала: Высококачественные цилиндрические шейки, обработанные параллельно центральным осям и смещенным осям коленчатого вала. В собранном виде эти шейки вращаются в подшипниках скольжения, установленных в картере (коренные шейки) и на одном конце шатуна (шатунная шейка).
Малая головка: Шарнирное соединение поршневого пальца между поршнем и шатуном, так что шатун может свободно колебаться относительно оси цилиндра, когда он перемещается вперед и назад в цилиндре. .

Шатунная шайба: Это соединение между шатуном и шатунной шейкой коленчатого вала, которое обеспечивает относительное угловое перемещение между двумя компонентами при вращении двигателя.
Коренные шейки: Это относится к парам трения, образованным между коренными шейками коленчатого вала и соответствующими подшипниками скольжения, установленными в картере.
Линия хода: Центральная траектория, по которой поршень вынужден следовать из-за ограничений цилиндра, называется линией хода.
Внутренняя и внешняя мертвые точки: Когда кривошип и шатун выровнены по линии хода, поршень будет находиться в одном из двух крайних положений. Если поршень находится в ближайшем положении к головке блока цилиндров, говорят, что кривошип и поршень находятся во внутренней мертвой точке (ВМТ) или верхней мертвой точке (ВМТ). Говорят, что когда поршень находится в самом дальнем положении от головки цилиндров, кривошип и поршень находятся во внешней мертвой точке (ВМТ) или в нижней мертвой точке (НМТ).Эти контрольные точки имеют большое значение для синхронизации клапанов и коленчатого вала, а также для настроек зажигания или впрыска.
Зазор: Пространство между головкой блока цилиндров и днищем поршня в ВМТ называется зазором или пространством камеры сгорания.

Ход кривошипа: Расстояние от центра коренной шейки коленчатого вала до центра шатунной шейки называется ходом кривошипа. Эта радиальная длина влияет на рычаг, который давление газа, действующее на поршень, может оказывать при вращении коленчатого вала.
Ход поршня: Движение поршня от внутренней к внешней мертвой точке называется ходом поршня и соответствует вращению коленчатого вала на пол-оборота или на 180°. Он также равен удвоенному ходу кривошипа.
т. е. L = 2R
где L = ход поршня
и R = кривошипный
Таким образом, длинный или короткий ход позволяет прикладывать к коленчатому валу соответственно большое или малое вращательное усилие.
Диаметр цилиндра: Блок цилиндров изначально отлит с песчаными стержнями, заполняющими полости цилиндра.После удаления песчаных кернов черновые отверстия обрабатываются одноточечным режущим инструментом, прикрепленным радиально к концу вращающегося стержня. Удаление нежелательного металла в отверстии обычно известно как растачивание цилиндра до нужного размера. Таким образом, готовое цилиндрическое отверстие называется отверстием цилиндра, а его внутренний диаметр просто отверстием или размером отверстия.

Четырехтактный двигатель с искровым зажиганием (бензиновый)
В бензиновых двигателях используется легковоспламеняющаяся смесь воздуха и бензина, которая воспламеняется синхронизированной искрой при сжатии заряда.Поэтому эти двигатели иногда называют двигателями с искровым зажиганием (SI). Этим двигателям требуется четыре хода поршня для завершения одного цикла: такт впуска воздуха и топлива, двигающийся наружу от головки цилиндров, движение внутрь к головке цилиндра, сжимающей заряд, рабочий такт наружу и такт выпуска внутрь.
Индукционный ход
Впускной клапан открыт, а выпускной клапан закрыт. Поршень опускается, удаляясь от головки блока цилиндров. Скорость движения поршня вдоль цилиндра создает снижение давления или разрежение, которое достигает максимума около 0.3 бар ниже атмосферного давления на одну треть от начала хода. Депрессия вызывает (всасывает) свежий заряд воздуха и распыленного бензина в пропорциях от 10 до 17 частей воздуха на одну часть бензина по весу.
Такт сжатия
И впускной, и выпускной клапаны закрыты. Поршень начинает подниматься к головке блока цилиндров. Индуцированный воздушно-бензиновый заряд постепенно сжимается до величины порядка от 1/8 до 1/10 первоначального объема цилиндра в самом внутреннем положении поршня.Это сжатие сжимает молекулы воздуха и распыленного бензина ближе друг к другу и не только увеличивает давление наддува в цилиндре, но и повышает температуру.

Рабочий ход
И впускной, и выпускной клапаны закрыты, и непосредственно перед тем, как поршень достигает верхней точки своего хода во время сжатия, свеча зажигания поджигает плотный горючий заряд. К моменту, когда поршень достигает крайней внутренней точки своего хода, зарядная смесь начинает гореть, выделяя тепло и быстро повышая давление в цилиндре до тех пор, пока силы газов не превысят сопротивляющуюся нагрузку.Затем горящие газы расширяются и, таким образом, изменяют направление движения поршня и выталкивают его в крайнее внешнее положение. Затем давление в цилиндре падает с пикового значения около 60 бар при полной нагрузке до, возможно, 4 бар вблизи крайнего движения поршня.

Такт выпуска
В конце рабочего хода впускной клапан остается закрытым, а выпускной клапан открыт. Поршень меняет направление своего движения и теперь перемещается из крайнего в крайнее внутреннее положение.Большая часть сгоревших газов будет вытеснена за счет имеющейся энергии давления газа, но возвратный поршень вытолкнет последние отработавшие газы из цилиндра через отверстие выпускного клапана в атмосферу.

Рабочий объем: объем, перемещаемый при перемещении поршня из ВМТ в НМТ, т. е.
. Среднее эффективное давление: среднее давление внутри цилиндра на протяжении всего рабочего хода.
Крутящий момент двигателя: это вращающее усилие вокруг оси вращения коленчатого вала, равное произведению силы, действующей вдоль шатуна, на перпендикулярное расстояние между этой силой и центром вращения коленчатого вала, т.е.е.
Мощность двигателя: скорость выполнения работы, которая может быть рассчитана на основе «указанной мощности» (i.p), то есть мощности, фактически развиваемой в цилиндре, или на основе тормозной мощности, измеренной на коленчатом валу. Тормозная мощность всегда меньше указанной мощности, за счет фрикционных и насосных потерь в цилиндре, т.е.



Объем цилиндров двигателя: это сравнительная величина общего рабочего объема цилиндра, равная смещению поршня каждого цилиндра, умноженному на смещение.то есть

Площадь поперечного сечения днища поршня влияет на силу, действующую на шатун, так как произведение площади поршня и среднего эффективного давления в цилиндре равно полному усилию поршня, т.е.

Длина хода поршня влияет как на усилие поворота, так и на угловую скорость коленчатого вала. Это связано с тем, что длина хода кривошипа определяет рычаг на коленчатый вал, а скорость поршня, деленная на удвоенный ход, равна скорости коленчатого вала, т.е.е.

Степень сжатия: отношение максимального объема цилиндра, когда поршень находится в крайнем внешнем положении, к моменту, когда поршень находится в крайнем внутреннем положении, т. е.


Тепловые двигатели обычно классифицируют по тепловым циклам, участвующим в процессе преобразования энергии, разница между которыми заключается в том, каким образом тепло подается к рабочему телу и отводится от него в начале и в конце цикла. Все тепловые циклы включают в себя четыре этапа: сжатие воздуха для повышения температуры и давления/объема, расширение воздуха для совершения работы и снижения температуры/давления и, наконец, отвод любого избыточного тепла для возвращения воздуха в исходное состояние. цикла.
На рис. 7, согласно Полаку, показаны четыре общих тепловых цикла, которые слева: Отто или постоянный объем, постоянное давление, дизельный и смешанный. Конечно, в четырехтактном двигателе за один цикл совершается два оборота двигателя, и типичный график зависимости давления от времени показан на рис. 8 (вид слева), в то время как вид справа показывает тот же цикл на основании хода поршня, что дает знакомая индикаторная диаграмма или рабочий график, соотносящий давление и объем. Чистая выполненная работа представляет собой разницу между площадями верхней и нижней частей контура, причем нижний представляет собой работу накачки при заполнении двигателя воздухом, который может быть эффективно удален наддувом.В типичном двухтактном двигателе насосная работа в большинстве случаев выполняется нижней стороной поршня для создания давления в картере для продувки.

Реальные диаграммы индикаторов отличаются от теоретических идеалов, а острые углы становятся изогнутыми. На графике тихоходного лабораторного двигателя на рис. 9 реальная диаграмма (сплошная линия) сравнивается с идеальной (штриховая линия). При выводе графика в логарифмическом масштабе и показателях коэффициенты сжатия и расширения могут быть легко измерены.Вместо идеализированного адиабатического расширения, для которого в этом примере r = 1,38, отражающего как эффекты потери тепла, так и тот факт, что воздух не является идеальным газом с термодинамической точки зрения.
Также можно отметить нагрев исходной воздушно-топливной загрузки остаточными продуктами сгорания. Таким образом, чем выше степень сжатия, тем меньший объем таких продуктов выхлопа остается, и любые другие средства удаления этих продуктов выхлопа улучшают характеристики двигателя
. Средняя высота индикаторной диаграммы представляет собой площадь, деленную на ее ширину, и соответствует среднему эффективному давлению Р двигателя в течение всего цикла сгорания, а ее использование избавляет от необходимости обращаться к индикаторной диаграмме в последующих расчетах.Затем указанная мощность может быть выражена как PLAN, где A — площадь поршня, L — ход и N скорость; среднее эффективное давление в тормозной системе получается путем факторизации механической эффективности

Во время цикла Отто, рис. 10, если температуры в точках a, b, c и d равны

можно показать, что эффективность равна:

На ранней стадии проектирования двигателя для конкретного автомобиля необходимо установить требуемую форму характеристики крутящий момент/скорость, определяемую такими факторами, как фазы газораспределения, размеры портов и клапанов, впускной и выпускной коллекторы и топливная система.На рис. 11 показаны относительные удельные характеристики различных конструкций двигателей, основанные на новаторской работе Ricardo Plc по детонации. Кривая показывает, что у проектировщика есть выбор диапазона максимального доступного крутящего момента-bmep 2:1 и максимальной мощности 4:1.

Непосредственную нагрузку на поршень от давления газа можно рассчитать по индикаторной диаграмме, желательно с использованием логарифмических шкал. Вертикальная нагрузка на шатун, умноженная на давление газа на площадь поршня, затем может быть приведена в таблицу для полного цикла сгорания на основании картера.Газовая нагрузка изменяется за счет инерционной нагрузки возвратно-поступательных частей. Инерция снижает максимальное сжимающее напряжение во время сгорания, но вызывает растягивающее напряжение в конце такта выпуска. Силу инерции можно приблизительно представить как:

А также являясь алгебраической суммой газовых и инерционных нагрузок на поршень, нагрузка на конец шатуна
Также увеличивается составляющая силы за счет его угловатости, рис. 12, которая также создает боковую тягу поршня на стенку цилиндра.Сила Q максимальна при 90° и в общем случае равна:


Из-за частичного вращательного движения шатуна он также подвергается значительной инерционной изгибающей силе на высокой скорости, приблизительно равной:

Совместное действие этих сил должно создавать картину флуктуирующих напряжений, как показано на рис. 13, для низкоскоростного лабораторного двигателя. Их важность также видна в сложных процедурах балансировки, необходимых для ограничения движения двигателя на его опорах и улучшения качества автомобиля.
Поскольку поршневой двигатель является высокоразвитым механизмом, всегда стоит обращаться к истории разработки и разработки решений, поскольку часто возникает некоторое удивление от того, сколько «новых» решений было опробовано ранее.

Необходимость в более чем одном цилиндре: чтобы увеличить мощность и крутящий момент двигателя, необходимо увеличить рабочий объем цилиндра, но увеличить размер одноцилиндрового двигателя в два раза было бы сопряжено со многими трудностями. Сравнивая два одноцилиндровых двигателя, один из которых имеет диаметр и ход поршня ровно в два раза больше, чем другой: объем цилиндра равен произведению площади головки или днища поршня на его ход;
Площадь головки поршня; поэтому удвоение диаметра увеличит площадь в четыре раза.Кроме того, удвоение объема цилиндра пропорционально ходу поршня, поэтому удвоение хода поршня удваивает рабочий объем цилиндра. Таким образом, конечным результатом будет увеличение кубатуры цилиндров в восемь раз. При одинаковом среднем эффективном давлении газов в цилиндрах обоих двигателей тяга поршня будет увеличиваться пропорционально площади головки поршня, поэтому удвоение диаметра цилиндра увеличит тягу поршня в 4 раза. Для данной скорости поршня и среднего эффективного давления газа мощность двигателя будет увеличиваться пропорционально квадрату диаметра цилиндра, поэтому удвоение диаметра цилиндра увеличивает мощность в четыре раза.И наоборот, объем и, следовательно, масса компонентов, совершающих возвратно-поступательное движение, будут увеличиваться пропорционально кубу их размеров, поэтому удвоение размеров поршня увеличит массу в восемь раз, поэтому максимальную скорость придется уменьшить.
При удвоении хода поршня при заданной частоте вращения коленчатого вала скорость поршня также удвоится; поэтому, чтобы поддерживать одинаковую скорость поршня для обоих двигателей, скорость коленчатого вала большего двигателя должна быть уменьшена вдвое.
Наконец, крутящий момент пропорционален давлению поршня и длине хода кривошипа; следовательно, удвоение диаметра поршня и хода поршня увеличивает усилие поршня в четыре раза и удваивает рычаг хода кривошипа, следовательно, крутящий момент увеличивается в восемь раз.

Разница между двигателями с искровым и воспламенением от сжатия (или бензиновыми и дизельными) заключается в способе подачи топлива в двигатель и воспламенения. Такт сжатия сжимает только воздух, а не топливо. В такте зажигания (нет необходимости в искре, как в бензиновом двигателе) воздух сжимается до очень высокого давления, при этом выделяется огромное количество тепла, которое затем воспламеняет топливо, впрыскиваемое в камеру сгорания именно в момент максимальной давление.Таким образом, дизельный двигатель имеет гораздо более высокую «степень сжатия», чем бензиновый двигатель (дизельные двигатели обычно 20: 1, бензиновые двигатели обычно 9: 1).
Как и четырехтактный бензиновый двигатель, двигатель с воспламенением от сжатия завершает один цикл событий за два оборота коленчатого вала или четыре хода поршня. Четыре фазы этих тактов: i) подача свежего воздуха, ii) сжатие и нагрев этого воздуха, iii) впрыск топлива, его сгорание и расширение и iv) выброс продуктов сгорания.

Такт впуска (рис. 14а) При открытом впускном клапане и закрытом выпускном клапане поршень перемещается от головки блока цилиндров. Движение наружу создаст в цилиндре разрежение, величина которого зависит от площадей поперечного сечения цилиндра и впускного отверстия, а также от скорости, с которой движется поршень. Разность давлений внутри и снаружи цилиндра заставит воздух при атмосферном давлении войти в цилиндр и заполнить его.Максимальное разрежение примерно на 0,15 бар ниже атмосферного давления произойдет примерно на одной трети пути поршня наружу, в то время как общее среднее давление в цилиндре может быть 0,1 бар или даже меньше.
Такт сжатия (рис. 14b) Когда впускной и выпускной клапаны закрыты, поршень движется к головке блока цилиндров. Воздух, заключенный в цилиндре, будет сжат в гораздо меньшее пространство, составляющее от 1/12 до 1/24 его первоначального объема. Типичное соотношение максимального и минимального объема воздуха в цилиндре составляет 16:1, но это во многом зависит от размера двигателя и расчетного диапазона скоростей.Во время такта сжатия объем воздуха, первоначально находящегося при атмосферном давлении и температуре, уменьшается до тех пор, пока давление в цилиндре не поднимется до 30–50 бар. Это сжатие воздуха приводит к выделению тепла, которое повышает температуру заряда как минимум до 600°C при нормальных условиях эксплуатации.
Рабочий ход (рис. 14c) Когда впускной и выпускной клапаны закрыты, а поршень находится почти в конце такта сжатия, дизельное топливо впрыскивается в плотный и нагретый воздух в виде брызг под высоким давлением из мелких частиц, которые быстро испаряются. и воспламеняются, быстро превращаясь в энергию давления.Затем следует расширение, отталкивающее от головки блока цилиндров, прижимая поршневой конец шатуна вниз, обеспечивая вращательное движение коленчатого вала
Такт выпуска (рис. 14d) Когда сгорание заряда близится к завершению и поршень достигает крайнего крайнего положения, открывается выпускной клапан. Это внезапное открытие к концу рабочего хода выпускает все еще горящие продукты сгорания в атмосферу. Энергия давления газов в этот момент ускорит их выброс из цилиндра, и только к концу обратного хода поршень поршень действительно догонит хвостовую часть вышедших газов.

Экономия топлива: различные двигатели сравниваются по их тепловому КПД, который представляет собой отношение произведенной полезной работы к общей подводимой энергии. Бензиновые двигатели могут иметь тепловой КПД в диапазоне от 20 до 30%. Соответствующие дизельные двигатели обычно имеют повышенный КПД на 30–40%.
Мощность и крутящий момент: дизельные двигатели нового поколения имеют конструктивные параметры, отличные от тех, которые использовались для коммерческих автомобилей в прошлом, и, как правило, не уступают по мощности аналогичным бензиновым двигателям.
Надежность: из-за особого процесса сгорания дизельные двигатели имеют более прочную конструкцию, имеют тенденцию работать с меньшим нагревом и имеют только половину диапазона скоростей по сравнению с большинством бензиновых двигателей. Эти факторы делают дизельный двигатель более надежным и значительно продлевают срок его службы по сравнению с бензиновым двигателем.
Загрязнение окружающей среды: Дизельные двигатели имеют тенденцию становиться шумными и вибрировать на опорах по мере снижения рабочей нагрузки. Процесс сгорания в бензиновом двигателе тише и работает мягче, чем в дизельном двигателе.На бензиновом двигателе не используется шумное впрыскивающее оборудование, в отличие от необходимого на дизельном двигателе. Продукты сгорания более заметны в дизельных двигателях. Сомнительно, какие из них более вредны.
Безопасность: В отличие от бензина, дизельное топливо не воспламеняется при нормальной рабочей температуре, поэтому оно не представляет опасности при обращении, а риск возгорания в результате несчастных случаев сведен к минимуму.
Стоимость: Из-за тяжелой конструкции и инжекторного оборудования дизельные двигатели, как правило, дороже бензиновых, двигатели

Ниже приведены основные факторы, которые необходимо учитывать при сравнении двигателей разной кубатуры и разного количества цилиндров:
а) Чем короче ход поршня, тем выше может быть частота вращения коленчатого вала при заданной максимальной скорости поршня.
(b) Чем меньше цилиндр, тем легче будет поршень пропорционально размеру цилиндра, так что ограничивающие силы инерции позволят использовать более высокие скорости поршня.
(c) При одинаковом объеме цилиндров двигателя и максимальной скорости поршня многоцилиндровый двигатель будет производить больше мощности, чем одноцилиндровый двигатель.
(d) Одноцилиндровый двигатель, имеющий ту же площадь поршня, что и сумма площадей поршней многоцилиндрового двигателя, будет развивать больший выходной крутящий момент.
(e) Чем меньше цилиндр, тем больше будет отношение его поверхности к объему, поэтому допустимы более высокие степени сжатия из-за улучшенного охлаждения цилиндра с последующим улучшением теплового КПД двигателя.
(f) Реакция на ускорение улучшается с количеством цилиндров для данного общего объема. Это связано с более легкими возвратно-поступательными компонентами и меньшей зависимостью от маховика, поэтому можно использовать маховик меньшего размера.
(g) По мере увеличения длины цилиндров и двигателя крутильные колебания становятся проблемой
. (h) По мере увеличения количества цилиндров будет больше энергии, потребляемой для преодоления вращательного и возвратно-поступательного сопротивления
(i)По мере увеличения числа цилиндров распределение смеси для карбюраторных двигателей становится более сложным
(j) По мере увеличения количества цилиндров стоимость дублирования компонентов становится все выше.
(k)По мере увеличения количества цилиндров частота импульсов мощности также увеличивается, поэтому выходная мощность становится более стабильной

0.

Исследование модели, близкой к реальному циклу двигателей внутреннего сгорания

Исследование модели, близкой к фактическому циклу двигателей внутреннего сгорания

Международный журнал научных и инженерных исследований, том 5, выпуск 5, май 2014 г. 5518

Изучение модели, близкой к реальному циклу

двигателей внутреннего сгорания M.Hamdy.A1, OME Abdel-Hafez, Hany A. Mohamed и AM Nassib Факультет машиностроения, инженерный факультет, Assuit University

1 [email protected]mail.com

метод прогнозирования производительности двигателей для экономии времени и усилий. В настоящей работе учитываются соотношение топлива и воздуха и переменная удельная теплоёмкость газа. В настоящей модели также учитываются необратимости, возникающие в результате неизоэнтропических процессов сжатия и расширения, а также потерь тепла через стенку цилиндра.Метод конечных разностей применяется для оценки состояний в процессе подвода тепла и тактов сжатия и расширения. Компьютерная программа разработана для модели, включающей все вышеперечисленные условия и параметры цикла. Экспериментальные испытания были проведены на одноцилиндровом дизельном двигателе с постоянной частотой вращения для проверки полученных результатов с использованием настоящей модели. Полученные результаты показывают хорошее совпадение с соответствующими данными, полученными в ходе экспериментальных испытаний. Другие сравнения выполняются с соответствующими результатами реальной модели двигателя, опубликованными для бензиновых и дизельных двигателей.Полученные результаты модели хорошо согласуются с соответствующими данными исследований. Изучено влияние параметров цикла (температура воздуха на входе, давление воздуха на входе, соотношение воздух-топливо, степень сжатия, эффективность сжатия и расширения) на выходную мощность и тепловой КПД. Показано, что энергетический и тепловой КПД увеличиваются с увеличением эффективности сжатия и расширения, давления воздуха на входе и степени сжатия. Для цикла бензинового двигателя оптимальное значение степени сжатия около 10 для предотвращения детонации, а для дизельного оптимальное значение около 20.С увеличением соотношения воздух-топливо выходная мощность увеличивается, а затем снижается, а тепловой КПД увеличивается, поэтому оптимальное значение соотношения воздух-топливо для бензинового двигателя составляет около 13, а для дизельного двигателя около 15. С увеличением температуры воздуха на входе выходная мощность и тепловая эффективность снижается. Удельный расход топлива уменьшается с увеличением мощности для двух циклов. Преимущество исследования заключается в том, что модель предсказывает оптимальные параметры работы. Полученные результаты будут более реалистичными и применимы при оценке эффективности двигателя внутреннего сгорания.

Ключевые слова: Отто, дизель, двойное, необратимое горение, производительность, теплопередача

1 ВВЕДЕНИЕ

—————————— двигатели внутреннего сгорания используют стандартную модель энергетического цикла воздуха для проведения термодинамического анализа. Такие модели используются для того, чтобы показать влияние различных параметров и условий двигателя на производительность. Этот тип анализа обеспечивает чрезвычайно щедрые прогнозы производительности тепловых двигателей.Для более обоснованной оценки потенциала работоспособности реального цикла необходимо учитывать основные необратимости и потери тепла более

————————————————

М. Хамди. В настоящее время обучается по программе магистра в области машиностроения в Университете Ассуит, Египет.

Эл.Электронная почта: [email protected]

Х. А. Мохамед, профессор машиностроения, Университет Ассуит ​​

, Египет. E-mail: [email protected]

• А. М. Насиб, доцент кафедры машиностроения

, Университет Ассуит, Египет. Электронная почта: [email protected]

рядом с практикой. Потери теплопередачи через стенку цилиндра учитывались [1]. Также изучалось влияние потерь теплопередачи и эффективности сжатия и расширения на производительность [2-4].Чжао и др. В работе [5] изучалось влияние мультинеобратимости, возникающей в основном за счет адиабатических процессов, процессов с конечным временем и потерь тепла через стенку цилиндра, на выполнение цикла. При исследованиях воздушно-стандартных энергетических циклов [1-4] рабочим телом считался только воздух. В [1-3] в качестве рабочего тела принимался воздух как идеальный газ с постоянными теплоемкостями. Многие исследователи изучали характеристики стандартных энергетических циклов воздуха, предполагая переменную удельную теплоемкость [4, 6, 7].Влияние эффективности сжатия и расширения, переменных теплоемкостей, тепловых потерь и других параметров на производительность цикла изучено в [8]. Более близкая к практике модель необратимого двойного цикла установлена ​​в [9]. В модели необратимого цикла Отто нелинейная зависимость между удельной теплоемкостью рабочей жидкости
и ее температурой, потери на трение, рассчитанные согласно

IJSER © 2014 http://www.ijser.ORG

Международный журнал научных научных наук процесса

b Моль газа в начале процесса

C v Удельная теплоемкость при постоянном объеме (Дж/кмоль.K)

E(T) Внутренняя энергия (Дж/кмоль)

∆h Энтальпия (Дж/кмоль)

M Количество молей смеси

nRl RN Количество молей образца l

P Давление (Па)

PR м RM Среднее эффективное давление (Па) P΄ Безразмерная выходная мощность QR полученная RAФактическое выделение тепла (Дж)

∆𝑄𝑐𝑜𝑚𝑏𝑢𝑠𝑡𝑖𝑜𝑛 Общая теплота, выделяемая при сгорании (Дж)

3 QR vs RТеплота реакции газовая постоянная (Дж/кмоль.K)

r Радиус кривошипа (м) T Температура (K)

TRo R Средняя температура стенки цилиндра (K) V Рабочий объем (м3)

Rs R

W Выполненная работа (Дж/кмоль)

X Атомы углерода в топливе

XB Массовая доля сожженного

Y Атомов водорода в топливе

z Количество молей топлива

Алфавитные символы

at Моли газа в начале процесса

C v Удельная теплоемкость при постоянном объеме (Дж/кмоль.K)

E(T) Внутренняя энергия (Дж/кмоль)

∆h Энтальпия (Дж/кмоль)

M Количество молей смеси

nRl RN Количество молей образца l

P Давление (Па)

PR м RM Среднее эффективное давление (Па) P΄ Безразмерная выходная мощность QR полученная RAФактическое выделение тепла (Дж)

∆𝑄𝑐𝑜𝑚𝑏𝑢𝑠𝑡𝑖𝑜𝑛 Общая теплота, выделяемая при сгорании (Дж)

3 QR vs RТеплота реакции газовая постоянная (Дж/кмоль.K)

r Радиус кривошипа (м) T Температура (K)

TRo R Средняя температура стенки цилиндра (K) V Рабочий объем (м3)

Rs R

W Выполненная работа (Дж/кмоль)

X Атомы углерода в топливе

Греческие символы

β Постоянная, связанная с теплопередачей (Дж/К)

ηRcomp RЭффективность сжатия (%) ηRexp RЭффективность расширения (%) ηRth RТепловая эффективность (%)

Ѳ Угол поворота коленчатого вала

Алфавитные символы

a Моли газа в конце процесса

b Моли газа в начале процесса

C v Удельная теплоемкость при постоянном объеме (Дж/кмоль.K)

E(T) Внутренняя энергия (Дж/кмоль)

∆h Энтальпия (Дж/кмоль)

M Количество молей смеси

nRl RN Количество молей образца l

P Давление (Па)

PR м RM Среднее эффективное давление (Па) P΄ Безразмерная выходная мощность QR полученная RAФактическое выделение тепла (Дж)

∆𝑄𝑐𝑜𝑚𝑏𝑢𝑠𝑡𝑖𝑜𝑛 Общая теплота, выделяемая при сгорании (Дж)

3 QR vs RТеплота реакции газовая постоянная (Дж/кмоль.K)

r Радиус кривошипа (м) T Температура (K)

TRo R Средняя температура стенки цилиндра (K) V Рабочий объем (м3)

Rs R

W Выполненная работа (Дж/кмоль)

X Атомы углерода в топливе

Сокращения

(A/F) Фактическое соотношение воздух-топливо

(A/F)Rst RSСтехиометрическое соотношение воздух-топливо

B.DC Нижняя мертвая точка

DSFC Безразмерный удельный расход топлива

Об/мин Число оборотов в минуту

ВМТ Верхняя мертвая точка

средняя скорость поршня, внутренняя необратимость
описывается с использованием коэффициентов сжатия и расширения и теплоты потери при передаче описаны в [10]. Взять реальную смесь воздуха и топлива будет более реалистично.
В настоящем исследовании учитываются эффекты необратимости, связанные с эффективностью сжатия и расширения и потерями теплопередачи через стенки цилиндра.Также в настоящем исследовании рассматривается смесь воздуха и топлива с переменной удельной теплоемкостью. Метод конечных разностей применяется для оценки параметров производительности. Программа для ЭВМ предназначена для изучения влияния различных параметров на рабочие характеристики двигателей внутреннего сгорания в различных условиях эксплуатации. Результаты подтверждены экспериментальной работой и опубликованными результатами.

2 АНАЛИЗ

Фактические модели двигателей внутреннего сгорания используются для проведения термодинамического анализа двигателей внутреннего сгорания, как показано на рис.1. Цикл двигателя внутреннего сгорания можно представить тремя процессами. Первый процесс сжатия (1-2), когда поршень движется от НМТ до начала процесса сгорания, совершает такт сжатия. Второй процесс, при котором происходит сгорание, эквивалентен подводам теплоты в
тепловых двигателях после того, как начальная точка сгорания (точка
2), пройдя верхнюю мертвую точку, НМТ, достигает конечной точки сгорания(3). .Затем расширение (3-
4) будет происходить, когда поршень движется к НМТ,
производя процесс такта расширения. Последним процессом является такт выпуска, который эквивалентен отводу тепла
в тепловом двигателе.

IJSER © 2014 http://www.ijser.org

Международный журнал научных и инженерных исследований, том 5, выпуск 5, май 2014 г. E(T i+1)- E(Ti) + iQi+1 (1)

3 Где i Qi+1 , i Wi+1 ,E(T) и Qсгорание – это теплота

3 потери при передаче, выполненная работа, внутренняя энергия и теплота реакции

2 соответственно.

2

При сжатии чистого воздуха от НМТ до ВМТ

4 4 без сжигания топлива. Уравнение (1) принимает вид:

1

1

объем, В

НМТ

Кривошипный угол,Ѳ

ВМТ

-iWi+1 = E (T i+1) — E (T i+1) — E (T i+1) — E (T i+1) — E (1) +1 (2)

Рис: 1. Принципиальная схема ПВ и П-Ѳ для внутреннего

Из-за небольшой разницы в П через каждый элемент срок работы
можно приблизительно оценить из:

RiRWRi+1 факт. = (RPR i + RPR i+1)

(𝑉𝑖+1−𝑉𝑖)

2𝜂𝑐

R (3)

2.1 Процесс сжатия

Поршень перемещается из нижней мертвой точки, Н.М.Т.,
, в верхнюю мертвую точку, В.М.Т., совершая такт сжатия. Для расчета изменений состояний давления P и температуры T в течение такта сжатия рабочий объем подразделяется на несколько интервалов с каждым углом поворота коленчатого вала, как показано на рис. 2. Меньшее приращение интервального объема дает более точный расчет. Нижние индексы i и i+1 используются для определения состояний в начале и в конце элемента объема.
Объем цилиндра можно рассчитать для каждого угла поворота коленчатого вала из соотношения [11]

V=VC + ПЛОЩАДЬ*(rcosѲ +l2-r2 sin2 Ѳ)1/2

Где ηc – эффективность сжатия.
В начале такта сжатия

стенка цилиндра имеет высокую температуру по сравнению с температурой воздуха на впуске, затем температура воздуха постепенно повышается до температуры, превышающей температуру стенки перед окончанием такта сжатия.Таким образом, в ходе такта сжатия ожидается очень небольшая потеря теплопередачи, и, таким образом, iQi+1 можно пренебречь.

Рис. 2. P-V схематическая диаграмма такта сжатия.

Где V, VC, l, r, AREA и Ѳ — объем цилиндра при любом угле поворота коленчатого вала, объеме зазора, длине шатуна, радиусе кривошипа, площади цилиндра и углу поворота коленчатого вала.
В начале и в конце каждого интервала применяется первый закон термодинамики.
Тогда уравнение (2) принимает вид:

IJSER © 2014 http://www.ijser.org

Международный журнал научных и инженерных исследований, том 5, выпуск 5, май 2014 г. 7

известен, но P i+1 и Ti+1 неизвестны. Тогда, если T i+1 известно, можно рассчитать E(T i+1). Во-первых, применяя уравнение состояния
для состояний i и i+1:

E(T)= R � nl [(∑j=1 Ul,j Tj ) − T]

l=1

(7)

L = S

J = 70003

j = 7

d (t)

R � JNL [(σj = 1 ul, JTJ-1) -1]

𝑃𝑖 + 1 =

𝑉𝑖

𝑉𝑖 +1

𝑑𝑖 + 1

* 𝑑𝑖

* 𝑑𝑖

* 𝑃𝑖 (5)

CV (T) =

DT

L = 1

J = N

�L = 1 NL

(8)

Уравнения (4), (5) не могут быть решены аналитически, поэтому необходимо применить численное решение, а численным методом может быть метод Ньютона-Рафсона, как показано:

(T i+1 ) n =(T i+1 )n-1 – f(E)n−1

f′(E)n−1

Где n-1, n — предыдущий след и текущий след температуры
.
Где f(E) из уравнения (4):

𝑉𝑖+1−𝑉𝑖

образцов смеси соответственно.
Затем Ti+1 и Pi+1 рассчитываются по уравнениям (4) и
(5) соответственно. Также E(T) и Cv(T) рассчитываются из
уравнений (7) и (8) соответственно. Эти вычисления повторяются
до тех пор, пока изменение обоих значений Ti+1 и Pi+1 не станет
слишком малым.
И предыдущие шаги для всех интервалов применяются к процессу сжатия.

f(E)= E(Ti+1) — E(Ti)+ (Pi + Pi+1)

𝑑𝑑(𝐸 )

f ‘(E)=

= 0

2η𝑐𝑜𝑚𝑝

2.2 Процесс сгорания

𝑑𝑑

𝑑𝑑

F ‘(E 𝑑 𝐸 (𝑑) 𝑖 + 1

Когда зажигание начинает процесс сгорания составляет

𝑑𝑑

de (t) i

, подразделенный на число интервалов угла поворота коленчатого вала в соответствии с
продолжительностью горения, начало интервала i,

Поскольку

dT

= 0, рабочий член не очень чувствителен к T i+1
и конец, я+1.
Как показано ниже в уравнениях (7), (8), что:

dE(T)i+1

Поскольку объем постоянен, работа не совершается, dW = 0, первый закон для периода горения принимает вид:

f ‘(E) =

dT

=M * Cv (T)i+1

Так как объем постоянен, работа не совершается, dW=0,
Где M число молей смесей
Таким образом,
первый закон для периода горения принимает вид: 1) N-1

-P (V

I + 1

-VI) = E (T

I + 1

) -E (Ti) — ΔQ

𝑐𝑜𝑚𝑏𝑢𝑠𝑡𝑖𝑜𝑛

+ ΔQ

𝑙𝑜𝑠𝑠

(9)

Ti+1 оценивается для первой трассы при допущении изоэнтропического изменения условий состояния в Ti как

)R/Cvi

(6)
Где ∆Q𝑐𝑜𝑚𝑏𝑢𝑠𝑡𝑖𝑜𝑛 R

и ∆Q𝑙𝑜𝑠𝑠 9000 3

– теплота сгорания в интервале

Vi+1

Vi+1

и тепловые потери.
Внутренние энергии E(Ti), E(Ti+1) и удельные теплоемкости Cv(Ti), Cv(Ti+1) рассчитываются исходя из состава газа и температуры, как в [12].
Последнее уравнение решается методом Ньютона-Рафсона до тех пор, пока не будет выполнено, как показано:

f′(E)n−1

IJSER © 2014 http://www.ijser.org

Международный журнал научных и инженерных исследований, том 5, выпуск 5, май 2014 г. 1377

ISSN 2229-5518

Где n-1, n — предыдущий трейл и текущий трейл температуры.
Где f(E) из уравнения (9):
f(E)= E(T i+1 )- E(Ti) — ∆Qсгорание + ∆Qпотеря = 0

df(E)

f ‘( E)=

dT

f ‘(E dE(T)i+1

Таким образом, a1 = XBi *z*x, a2 = XBi *z*(y/2), a3 = z*(x+ y/4)
*((A/F)/(A/F)st — XBi ), a4 =b4, a5 =0
Где XB — массовая доля сгорания при каждом угле поворота коленчатого вала Ѳ, определяемая функцией Вейбе и равная используется для представления доли сжигаемой массы
в зависимости от угла поворота коленчатого вала:

XB=1-exp[-d(Ѳ−Ѳ𝑜 )g+1]

∆Ѳ

dT

dE(T)i 9003 ∆Qпотеря

Где Ѳ — угол поворота коленчатого вала, Ѳо — начало горения, ∆Ѳ —
полная продолжительность горения, XB изменяется от нуля до 1,d ​​

С

dT


= 0,

dT

имеет очень маленькое значение, поэтому им можно пренебречь.
и g являются настраиваемыми параметрами.Изменение d и g значительно изменяет форму кривой
. Фактическая массовая доля сгоревшего
Как показано в уравнениях (7), (8), что:
кривых были подобраны с d=5 и g=2[11, 13, 14, 15].
f ‘(E) =

dE(T)i+1

dT

=M * Cv (T)i+1
Числа молей газов Mi и Mi+1 до и после интервала сгорания равны определяется по формуле:
Were M число молей смеси
So

Mi=∑l=5 bl , Mi+1 =∑

l=5

l=1 R

(T i+1 )n =(T i+1 )n-1 –

f(E)

M ∗ Cv (Ti+1)n−1

Чтобы получить теплоту, выделяющуюся при сгорании при постоянном объеме:
Ti+1 равно оценивается для первого следа как:

T i+1=T + 1∗z∗Qvs

i M ∗ CvTi

фактическое тепло, полученное в процессе (Qgained):
(11)
b3O
Теплоту сгорания для каждого интервального периода можно оценить по уравнению горения:
∆b5 Cx Hy + ∆b 3 O2 +∆b 4 N2 → ∆ a1 CO2 + ∆a2 H 2 O+
— 2To)
(12)
∆ a4 N2 (10)
Где ∆, bi и ai — разность числа молей этого интервала и предыдущего, число молей образца в начале интервала и число моль образца в конце интервала.
В начале интервала горения количество молей b1, b2, b3, b4 и b5 для вещества(n13ce) s CO2, h3 O, O2, N2 и CxHy соответственно:
Таким образом, b1 = XBi-1 *z * x, b2 = XBi-1 * z *(y/2), b3 = z*(x+y/4)
Где β, T i ,T i+1 и To являются постоянными, связанными с теплопередачей, температурой при начала интервала сгорания, температура в конце интервала сгорания и средняя температура стенок цилиндра соответственно.
А для общих случаев β/CV>0 [5, 8], и всегда β/CV=
0.1[5].
А конечное давление можно получить из этого соотношения [11, 16]: 1) * Z

DV DV K

= P

= P

DP 1

+ V

(13)

DT DT K-1

DT K-1

в конце сгорания периода, при температуре Т2 числа молей равны а1, а2, а3, а4 и а5 для веществ СО2, Н3О, О2, N2 и СхНу соответственно:
А к=1.4 – 7,18 × 10-5 × T[11]
Затем Ti+1 и Pi+1 рассчитываются по уравнениям (9) и
(13) соответственно. Также E(T) и Cv(T) рассчитываются по

IJSER © 2014 http://www.ijser.org

International Journal of Scientific & Engineering Research, Volume 5, Issue 5, May-2014 1378

ISSN 2229-5518

уравнения 7 и 8 соответственно. Эти расчеты повторяются до тех пор, пока не изменятся значения Ti+1 и Pi+.dt

dt k−1

dt k−1

И предыдущие шаги для всех интервалов продолжительности горения.

2.3 Процесс расширения

А k=1,4 – 7,18×10-5×T[11]
А dQ=0 на такте расширения.
Уравнения (14), (15) не могут быть решены аналитически, поэтому необходимо применить численное решение, а численным методом может быть метод Ньютона-Рафсона, как показано.

(T ) =(T ) – f(E)n−1

i+1 n i+1 n-1 f′(E)n−1


Где n-1, n — предыдущий след и текущий след температуры.
Где f(E) из уравнения (15):
f(E)= E(T i+1 ) — E(T i )+dW= 0

Рис. 3. P-V схематическая диаграмма такта расширения.

F ‘(E) =

DF (E)

DT

F’ (E) =

DE (T) I + 1

DT


SINC DE (T) I

dT

= 0, рабочий член не очень чувствителен к T i+1
Как показано в уравнениях (7), (8), что:
f'(E) =

dE(T)i+1

dT

=M ×Cv (T)i+1
Во время такта расширения состав содержимого цилиндра постоянен, и расчеты такие же, как и в такте сжатия, но от нижней мертвой точки конца сгорания, за исключением работы.

𝑃𝑖 +𝑃𝑖+1

Где M число молей смеси

(T ) =(T ) – f(E)n−1

i+1 n i+1 n-1 M × Cv (Ti+1)n−1

Ti+1 оценивается для первой трассы в предположении изоэнтропического
изменения условий состояния в Ti как (14)

T = T (Vi

k−1

Vi R/Cvi

Таким образом, уравнение (2) принимает вид:

i+1

i )

2 Vi+3

Ti ( )

Vi+1

E(T i+1) — E(Ti)+dW = 0 (15)
В этом выражении начальные условия в индексе i,
известны, но P i+1 и T i+1 неизвестны.Тогда, если T i+1 известно, можно вычислить E(T i+1 ).
Давление можно определить из соотношения [11, 16]
Тогда Ti+1 и Pi+1 рассчитываются по уравнениям (15) и (16)
соответственно. Также E(T) и Cv (T) рассчитывают из уравнений
7 и 8 соответственно. Эти расчеты повторяются до тех пор, пока 90 507 изменений значений Ti+1 и Pi+1 не станут слишком малыми. И 90 507 предыдущих шагов для всех интервалов процесса расширения.

Работа и тепловой КПД цикла:

IJSER © 2014 http://www.ijser.org

Международный журнал научных и инженерных исследований, том 5, выпуск 5, май 2014 г. 1379

ISSN 2229-5518

Работа, выполненная в цикле, получается путем суммирования
членов работы для каждого шага сжатия и расширительные процессы и среднее эффективное давление:

модели

сравнить ISON Betwee N

Experife Retwee и нынешние

W

PM =

VS

, где VS — это то громкость хода

показывает, что настоящая модель равна

Мощность = работа в цикле* (об/мин /60)/2000 кВт
Чтобы сделать мощность безразмерной:
P′= Мощность/ (майр ×Cp×ΔT)
Тепловой КПД определяется по формуле:

Вт

ηth=

Qvs∗ z

Безразмерный удельный расход топлива:

DSFC= 1 90 003

P′×(A/F)

Где P′ – безразмерная мощность.

3 РЕАЛИЗАЦИЯ

Для проверки результатов модели проводится сравнение с соответствующими результатами реального двигателя. Таким образом, экспериментальные испытания были проведены на одноцилиндровом дизельном двигателе (Crossly), возбужденном в тепловой лаборатории факультета машиностроения Университета Ассуит. Основные характеристики испытанного двигателя приведены в таблице 1. В таблице 2 показано сравнение экспериментальных результатов с соответствующими результатами, полученными с помощью компьютерной программы для настоящей модели.

ТАБЛИЦА 1

ОСНОВНЫЕ ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ОДНОЦИЛИНДРОВОГО ДИЗЕЛЬНОГО ДВИГАТЕЛЯ

(КРЕСТНО)

ТАБЛИЦА 2:

близки к экспериментальным данным, и отклонение от указанного среднего эффективного давления и мощности невелико. Поэтому предложенная модель будет принята. Но для теплового КПД мы находим, что настоящая модель имеет более высокое отклонение, чем указанные среднее эффективное давление и мощность. Расхождение между этими результатами может быть связано со многими факторами, такими как эффективность сгорания, значение эффективности сжатия и расширения, уравнение, используемое для расчета теплопередачи, значение коэффициента теплопередачи и погрешности измерительных приборов.
Сравнения также сделаны с соответствующими
результатами реальной модели двигателя, опубликованными в международных исследованиях для бензиновых и дизельных двигателей [4, 17]. Основные характеристики испытанных двигателей приведены в таблице 3
. На рисунках 4, 5 показано сравнение диаграмм PV
, а на рисунках 6, 7 показано сравнение P-θ результатов опубликованных исследований с соответствующими результатами, полученными с помощью компьютерной программы для настоящая модель для бензиновых и дизельных двигателей.
На рисунках 4, 5, 6, 7 показано сравнение соответствующих результатов настоящей модели с опубликованными результатами исследований для бензиновых и дизельных двигателей. Сравнение показывает, что полученные результаты настоящей модели близки к опубликованным данным, а отклонение невелико. Поэтому предложенная модель будет принята. Но настоящая модель

Диаметр цилиндра (м) 0.146

Топливо двигателя

С12х36

Ход поршня.279

Стехиометрическое воздушное топливо

Соотношение 15.121

Нормальная скорость рейтинга

(RPM) 475

имеет отклонение в некоторых пунктах в PV

IJSER © 2014 http://www.ijser.org

Международный журнал научных и инженерных исследований, том 5, выпуск 5, май 2014 г. И ДИЗЕЛЬНЫЕ ДВИГАТЕЛИ

60

50

40 действующая модель

30 E.ABU-NADA

20 et al [4]

20 et al [4]

10

0

0 0 0 0,0001 0

0 0.0001 0.0002 0,0003 0,0004

V, M3

100

80

60

40

20

0

и P-θ диаграммы, причем отклонение наименьшее в области горения
.

Рис. 4. Диаграмма PV Сравнение для бензинового двигателя

Рис. расчеты переноса, погрешности опережения зажигания, значение коэффициента теплоотдачи и различие в уравнениях моделей.

Таблица 3:

100

100

80

60

60

40

20

20

20

1

1

Fi

4 Результаты и обсуждение

Предлагаемая модель применяется для изучения последствий определенного параметры работы двигателей внутреннего сгорания. С помощью предложенной модели используются рабочие циклы ДВС при
различных режимах работы. Изучение результатов двух

IJSER © 2014 http://www.ijser.org

Международный журнал научных и инженерных исследований, том 5, выпуск 5, май 2014 г. 1381

ISSN 2229-5518

типов двигателей.
Характеристики двигателя представлены в виде зависимостей безразмерной мощности и теплового КПД при различных параметрах. Этими параметрами являются температура и давление воздуха на входе, коэффициент теплопередачи, эффективность сжатия и расширения, степень сжатия
и соотношение воздух-топливо, а также удельный расход топлива.Условия, при которых проводились эти исследования для дизельных и бензиновых двигателей, приведены в таблице 2, за исключением выделенного параметра.
На рисунке 8 (P-V) диаграммы для бензиновых и дизельных двигателей
для одного состояния от модели с различной степенью сжатия и одинаковым диаметром цилиндра и ходом двигателя и одинаковыми оборотами и С10.8х28.7 для дизеля и С8х28 для Отто. В этом состоянии соотношение воздух-топливо

для Отто и дизеля составляет 15, 18 соответственно.

80507

80

70

70

50

50

40

30

40

20

10

20

0

10

0 4 Cr = V / VC

8 12

70

60

50 дизельных двигателя

40

40

30

30

20

10

0

0 5 10 15 20

0 5 10 15 20

0 5 10 15 20

Cr = V / VC

IJSER

HTTP: // WW

Рис.8. Диаграмма P-V бензинового и дизельного двигателей соответственно для различных степеней сжатия.

Международный журнал научных и инженерных исследований, том 5, выпуск 5, май 2014 г. 1382

ISSN 2229-5518

34,5

34

33.5

33

32,5

32,5

32,5

32,5

32.53

32

31,5

30025 3503

300 325 3503

300 325 3503

300 325 350 375 400

Наход воздуха на входе на впускной воздух, Tinlet

Рис. 10. Влияние температуры воздуха входного воздуха, Tinlet, ˚C, на

Тепловая эффективность η

2.1 Влияние температуры воздуха на входе на двигатель

Производительность


На рисунках 9, 10 показано, что при повышении температуры воздуха на входе выходная мощность и тепловой КПД снижаются
, как в Hou, S.-shyurng[1] как и ожидалось.

3.2

3.1

3

3

2.9

2.9

2,8

2.7

2,6

2,5

2,4

3

2,4

30025 350 375 400

На входе на входе на входе на входе на входе

, Tinlet

2.2 Влияние давления воздуха на входе на Двигатель

Производительность

3,5

3,3

1

2.9

2.7

IJSER ©

http://www.

2,5

1 2 3 4

Безразмерное Давление воздуха на входе, Pinlet

Рис. 11. Влияние относительного давления воздуха на входе, Pinlet, на мощность
, P΄.

Международный журнал научных и инженерных исследований, том 5, выпуск 5, май 2014 г. 1383

ISSN 2229-5518

2.3 Эффект коэффициента теплопередачи на

3.3

3.2

3,1

3

3.1

3

2.9

2.8

2.7

2.6

2,5

0,05 0,1 0,15 0,2

Тепло Коэффициент теплопередачи , β/Cv

Рис. 13. Влияние коэффициента теплопередачи β на мощность,
P΄.

42

40

40

40

38

36

34

34

32

32

30

30

1 2 3 4

1 2 3 4

Размерное на входу Давление воздуха, Pinlet

35

34.5

34

33.59

33.59

33.59

33.59

33

32,5

32,5

32,5

32

Рис. 12. Влияние впускного воздуха относительное давление, PINLET,

на термическую эффективность

Рисунки 11, 12 показывают, что выходная мощность и Thermal

31,5

0,05 0,1 0,15 0,2

Коэффициент теплопередачи , β/Cv

Повышение эффективности с увеличением входного давления для двух типов, как и ожидалось [18]. Увеличение теплового КПД оптимально до 2 бар.Поэтому в некоторых случаях предпочтение отдается турбонаддуву и наддуву. Так что турбонаддув
и наддув в некоторых случаях предпочтительнее.

Рис. 14. Влияние коэффициента теплопередачи, β, на

th l ffi i

IJSER © 2014 http://www.ijser.org

International Journal of Scientific & Engineering Research, Volume 5, Issue 5, May-2014 1384

ISSN 2229-5518

Из рис. 13, 14 видно, что коэффициент теплоотдачи влияет на работу теплового двигателя.Мощность и тепловой КПД снижаются с увеличением коэффициента теплопередачи. Скорость уменьшения мощности больше для цикла Отто, чем для цикла Дизеля. Это связано с тем, что цикл Отто имеет большую максимальную температуру цикла, что, следовательно, увеличивает потери тепла.

2.4 Влияние сжатия и расширения

Эффективность на производительности двигателя

36

35

340002 35

33

32

33

32

31

32

31

29

30

29

90 92 94 96 98 100

Компрессия и эффективность расширения

(ηcomp, ηexp)%

Рис.16. Влияние эффективности сжатия и расширения

, ηcomp,exp , на тепловую эффективность ,ηth.

3.3

3.2

3.1

3.1

3

2.9

2.8

2.7

2,6

2.5

2,60002 2.4

2.3

2.4

2.3

90 92 94 96 98 100 2000 92 94 96 98 100

Сдавление и экспрессия

(ηcomp, ηexp)%

Рис. 15. Влияние эффективности сжатия и расширения
, ηcomp,exp , на мощность, P΄.
На рисунках 15, 16 показано, что мощность и тепловая эффективность увеличиваются с увеличением эффективности сжатия и расширения для двух типов циклов, как и ожидалось.

2.5 Влияние степени сжатия на двигатель .ijser.org

Международный журнал научных и инженерных исследований, том 5, выпуск 5, май 2014 г. 1385

ISSN 2229-5518

4.5

4

4

3,5

3

2.5

3

2

5 10 15 20 20

5 10 15 20

Коэффициент сжатия

, RV

Рисунки 17, 18 показывают, что с увеличением соотношения сжатия выходной мощность и повышение тепловой эффективности, но когда эти значения степени сжатия достигают высоких значений, она медленно увеличивается, как показано. Для цикла Отто после rv =10 произойдет детонация [19]. Для дизельного цикла мощность и тепловой КПД также увеличиваются до значения степени сжатия, rv =20, как
в [19], а двойной цикл находится между ними.Кроме того, на Рисунке 18 показано
сравнение идеального теплового КПД для циклов Отто и дизельного топлива в соответствии с идеальным соотношением тепловых
Рис. 17. Влияние степени сжатия, rv, на мощность,

1-rv1-γ,

rγ−1

P΄.

ηДизель =1-rv1-γ*

γ(rc−1)

, где γ,rc — коэффициент удельной теплоемкости и коэффициент отсечки
, и результаты модели. Показано, что эти значения в идеальном цикле больше, чем результаты модели
из-за необратимости.А при высоких значениях степеней сжатия мощность и тепловой КПД снижаются как [2,
20].

80507

80 4,6 Эффект соотношения воздуха на производительность двигателя

70

60

50

60

50

бензиновый двигатель

40

30 дизельный двигатель

20

5 15 25 35

Соотношение компрессии, рв

3.4

3.2

3

3

3

2,8

2.6

2.4

2.2

2

2,2

2

11 13 15 17 19

Соотношение воздуха воздуха, A / F

Рис. 18. Влияние соотношения сжатия, RV , по тепловому КПД
, ηth.

Рис. 19. Влияние соотношения воздух-топливо, A/F, на мощность P΄.

40

35

IJSER ©

HTTP: //www.i 30

25

20

25

Международный журнал научных и инженерных исследований, том 5, выпуск 5, май-2014 1386

ISSN 2229 -5518

Рисунок 21 показывает, что удельный расход топлива уменьшается
с увеличением мощности, как и ожидалось [21, 22].
На рис. 19, 20 показано, что в трех циклах с увеличением соотношения воздух-топливо выходная мощность увеличивается до определенного значения, после чего они уменьшаются, а тепловой КПД постоянно увеличивается по мере уменьшения количества топлива с увеличением соотношения воздух-топливо после этого определенного значения, а для дизеля это значение составляет около
15. Оптимальное значение соотношения воздух-топливо для Отто составляет около 13. было сделано по сравнению с экспериментальными результатами для одноцилиндрового двигателя с воспламенением от сжатия.Подписанное экспериментальное испытание было проведено на дизельном двигателе с постоянным числом оборотов цилиндра для проверки полученных результатов с использованием настоящей модели. Полученные результаты показывают хорошее совпадение с соответствующими данными, полученными в ходе экспериментальных испытаний. Другие сравнения выполняются с соответствующими результатами

и фактическими результатами модели двигателя, опубликованными в

0,04

0,035

0,03

0,025

0.02

2 3 4

2 3 4

безразмерная мощность, P

0,025

0,02

0,015

0,01

0.005

0

Международные исследования для бензина и дизельных двигателей. Были учтены некоторые необратимости циклов двигателя внутреннего сгорания, такие как эффективность сжатия и расширения и потери теплопередачи. Компьютерная программа предназначена для предлагаемой модели. Влияние некоторых параметров, таких как температура воздуха на входе, давление воздуха на входе, коэффициент теплопередачи, степень сжатия, соотношение воздух-топливо и эффективность сжатия и расширения, были изучены на численных примерах для двух типов циклов (бензиновые и дизельные двигатели).Установлено, что мощность и тепловая эффективность увеличиваются с увеличением эффективности сжатия и расширения и давления воздуха на входе. С увеличением соотношения воздух-топливо выходная мощность
снижается, а тепловой КПД увеличивается до определенного
Рис. 21. Влияние удельного расхода топлива, SFC, (кг/ч), на мощность, P΄.
, то оно уменьшается, поэтому оптимальное значение соотношения воздух-топливо для бензинового двигателя составляет около 13, а для дизельного — около 15.С увеличением температуры воздуха на входе и коэффициента теплоотдачи мощность и тепловой КПД снижаются. С увеличением степени сжатия выходная мощность и тепловой КПД увеличиваются, но для бензина оптимальное значение равно 10, чтобы предотвратить детонацию, а для дизеля оптимальное значение составляет около
20. Удельный расход топлива уменьшается с увеличением мощности
.

IJSER © 2014 http://www.ijser.org

Международный журнал научных и инженерных исследований, том 5, выпуск 5, май 2014 г. шёрнг.Хоу. [2003] «Влияние теплопередачи на производительность стандартного двойного цикла воздуха» Energy Conversion and Management, 45.

[2] J. Chen. [2005] «Критерии оптимизации важных параметров необратимой тепловой машины Отто» Applied Energy 83: 228-238.
[3] Ю. Чжао, Б. Линь, Ю. Чжан и Дж. Чен. [2006], «Анализ производительности и параметрический оптимальный расчет необратимого дизельного теплового двигателя» Energy 47: 3383-
3392.
[4] Э. Абу-Нада, И.Аль-Хинти, А. Аль-Сархи и Б. Акаш [2006] «Термодинамическое моделирование двигателя с искровым зажиганием: влияние теплоемкости, зависящей от температуры», «Международные сообщения по тепломассообмену. 33: 1264-1272.
[5] Ю. Чжао и Дж. Чен. [2006] «Модель необратимого теплового двигателя, включающая три типичных термодинамических цикла и анализ их оптимальных характеристик», Международный журнал тепловых наук. 46: 605-613.
[6] А. Аль-Сархи, Дж.О. Джабер, М. Абу-Кудаис и С.
Д. Проберт. [2005] «Влияние трения и температуры — удельная теплоемкость рабочей жидкости, зависящая от
, на характеристики
дизельного двигателя» Applied Energy. 83: 153-
165.
[7] Y.Ge, L.Chen, F.Sun and C.Wu. [2004] «Термодинамическое моделирование характеристик цикла Отто с теплопередачей и переменной удельной теплоемкостью рабочей жидкости» Международный журнал тепловых наук. 44: 506-
511.
[8] Y.Zhao and J.Chen [2007] «Анализ оптимальной производительности необратимого дизельного теплового двигателя, подверженного влиянию переменной теплоемкости рабочей жидкости». Преобразование энергии и управление. 48: 2595-2603.
[9] YanlinGe, Lingen Chen and Fengrui Sun [2009] «Термодинамическое моделирование и анализ конечного времени для необратимого двойного цикла» Mathematical and Computer Modelling 50:101-108
[10] Y.Ge, L.Chen and F. Sun.[2007] «Термодинамическое моделирование и анализ необратимого цикла Отто в конечное время» Applied Energy. 85: 618-624. Основы
», первое издание, международное издание McGrAw-HILL.
[12] Бенсон и Н. Д. Уайтхоз. [2010] «Двигатель внутреннего сгорания
» Роберт Максвелл, MC, vol. I,II
[13] JI Ghojel. [2010.] «Обзор разработки и применения функции Вибе: дань уважения вкладу Ивана Вибе в исследования двигателей» Международный журнал исследований двигателей.2: 297-312.
[14] П.А. Лакшминараянан, Йогеш В. Агав. [2010] «Моделирование дизельного сгорания» Springer Science + Business Media B.V.
[15] Константин Д. Ракопулос, Эвангелос Г. Гиакумис [2009] «Дизельный двигатель в переходном режиме», Springer-Verlag London.
[16] Р. Удаякумар, К. Касера. [2012] «Анализ сгорания в дизельном двигателе, работающем с присадками для повышения производительности» «Техника и наука. 1: 11-
16.
[17] М.Аль-Суд, М. Ахмед и Ю. М. Абдель-Рахим. [2012] «Быстрая термодинамическая имитационная модель для оптимальной работы четырехтактного дизельного двигателя» Международный журнал энергетики и экологической инженерии. 3: 1-13.
[18] Махер А.Р.Садик Аль-Багдади и Харун А.К.Шахад Аль-Джанаби. [2003] «Прогнозирование водородного двигателя с искровым зажиганием и наддувом» Energy Conversion and Management. 44: 3143–3150.
[19] Р. Эбрахими. [2010] «Анализ производительности двухтактного двигателя с учетом коэффициента давления и коэффициента отсечки» ACTA PHYSICA POLONICA A.118: 534-539.
[20] Махмуд Хулейхил. [2011] «Влияние перепадов давления на рабочие характеристики стандартного воздушного цикла Отто», Hindawi Publishing Corporation Physics Research International. 1-7.
[21] Х. Шарон, К. Каруппасами, Д.Р. Собан Кумар, А.
Сундаресан. [2012] «Испытание дизельного двигателя с прямым впрыском топлива, работающего на
метиловых эфирах отработанного пальмового масла» Возобновляемая энергия. 47:
534-539.
[22] https://www.utexas.edu/research/cem/Green_ship_pags/electric_load_distribution.html
[11] Дж. Б. Хейвуд. [1988].» двигатель внутреннего сгорания

IJSER © 2014 http://www.ijser.org

Международный журнал научных и инженерных исследований, том 5, выпуск 5, май 2014 г. 1388

ISSN 2229-5518

IJSER © 2014 http://www.ijser.org

Международный журнал научных и инженерных исследований, том 5, выпуск 5, май 2014 г.

http://www.ijserorq

Основы двигателя внутреннего сгорания 2E

1.1. Введение и историческая перспектива 1.2. Классификация двигателей четырехтактных двигателей SI
1.7.1 Двигатели с искровым зажиганием и распределенным впрыском топлива
1.7.2 Двигатели SI для гибридных электромобилей
1.7.3 Двигатели SI с наддувом
1.7.4 Двигатели SI с непосредственным впрыском
1.7.5 Двигатели SI с форкамерой
1.7.6 Роторные двигатели
1.8029 1.7.6 Роторные двигатели
Работа двигателя с воспламенением от сжатия
1.9 Различные типы дизельных двигателей
1.10 Работа двухтактного двигателя
1.11 Топливо
1.11.1 Бензин и дизель
1.11.2 Альтернативные виды топлива
Проблемы
Ссылки
.1 Важные характеристики двигателя
2.2 Геометрические соотношения для поршневых двигателей
2.3 Силы в поршневом механизме
2.4 Тормозной момент и мощность
2.5 Расчетная работа за цикл
2.6 Механический КПД
2.7 Среднее эффективное давление
2.8 Удельный расход топлива
2.8 Удельный расход топлива и соотношение топливо/воздух
2.10 Объемный КПД
2.11 Удельная мощность, удельный вес и удельный объем
2.12 Поправочные коэффициенты для мощности и объемного КПД
2.13 Удельные выбросы и индекс выбросов
2.14 Взаимосвязь между рабочими параметрами
2.15 Конструкция двигателя и рабочие характеристики
2.16 Требования к мощности транспортного средства
Проблемы
Ссылки
воздуха и топлива
3.4 Стехиометрия горения
3.5 Первый закон термодинамики и горение
3.5.1 Балансы энергии и энтальпии
3.5.2 Энтальпии образования
3.5.3 Теплота сгорания
3.5.4 Адиабатические процессы горения
3.5.5 Полнота сгорания двигателя внутреннего сгорания
3.6 Второй закон термодинамики в применении к горению
3.6.1 Энтропия
3.6.2 Максимальная работа Двигатель внутреннего сгорания и эффективность
3.7 Химически реагирующие газовые смеси
3.7.1 Химическое равновесие
3.7.2 Скорости химических реакций
Проблемы
Ссылки
ГЛАВА 4 Свойства рабочих жидкостей
4.1 Введение
4.2 Состав несгоревшей смеси
4.3 Взаимосвязь свойств газа
4.4 Простая аналитическая модель идеального газа
4.5 Карты термодинамических свойств
4.5.1 Карты несгоревшей смеси
4.5.2 Карты сгоревшей смеси
4.5.3 Связь между несгоревшей и сгоревшей смесью

4.6 Таблицы свойств и состава
4.7 Компьютерные процедуры для расчета свойств и состава
4.7.1 Несгоревшие смеси
4.7.2 Сгоревшие смеси
4.8 Транспортные свойства
4.9 Состав отработавших газов
4.9.1 Данные о концентрации компонентов
4.9.2 Определение коэффициента эквивалентности по компонентам отработавших газов
4.9.3 Влияние неравномерности соотношения топливо/воздух
4.9.4 Неэффективность сгорания
Проблемы
Ссылки
Идеальные модели циклов двигателя
5.1 Введение
5.2 Идеальные модели процессов двигателя
5.3 Термодинамические соотношения для процессов двигателя
5.4 Анализ цикла с идеальной газовой рабочей жидкостью с константами cv и cp
5.4.1 Цикл постоянного объема
5.4.2 Циклы ограниченного и постоянного давления
5.4.3 Сравнение циклов
5.5 Анализ топливно-воздушного цикла
5.5.1 Моделирование цикла двигателя SI
5.5.2 Моделирование цикла двигателя CI
5.5.3 Результаты расчетов циклов
5.6 Перерасширенные циклы двигателя
5.7 Анализ доступности процессов двигателя
5.7.1 Отношения доступности
5.7.2 Изменения энтропии в идеальных циклах
5.7.3 Анализ доступности идеальных циклов
5.7.4 Эффект коэффициента эквивалентности
5.8 Сравнение с реальными циклами двигателя
Проблемы
Ссылки
ГЛАВА 6 Процессы газообмена
6.1 Процессы впуска и выпуска в четырехтактном цикле
6.2 Объемный КПД
6.2.1 Квазистатические эффекты
6.2.1 Квазистатические эффекты
Сопротивление впускному и выпускному потокам
6.2.3 Теплообмен впускного и цилиндрового двигателей
6.2.4 Влияние синхронизации впускных клапанов
6.2.5 Засорение воздушного потока на впускном клапане
6.2.6 Настройка впускных и выпускных клапанов
6.2.7 Комбинированные эффекты: двигатели без наддува
6.2.8 Эффекты турбонаддува
6.3 Расход через клапаны и порты
6.3.1 Клапан и геометрия портов и работа
6.3.2 Расходы и коэффициенты нагнетания
6.3.3 Регулируемая синхронизация клапанов и управление
6.4 Фракция остаточного газа
6.5 Расход выхлопных газов и изменение температуры
6.6 Продувка в двухтактных двигателях
6.6.1 Конфигурации двухтактных двигателей
6.6.2 Параметры и модели продувки
6.6.3 Фактические процессы продувки
6.7 Поток через порты двухтактного двигателя
6.8 Наддув и турбонаддув
6.8.1 Методы повышения мощности
6.8.2 Основные взаимосвязи
6.8.3 Компрессоры
6.8.4 Турбины
Com 6.8.5 Соответствие турбин
6.8.6 Устройства волнового сжатия
Проблемы
Ссылки
ГЛАВА 7 Подготовка смеси в двигателях с искровым зажиганием
7.1 Требования к смеси для двигателей с искровым зажиганием
7.2 Обзор дозирования топлива
7.2.1 Подходы к образованию смеси
7.2.2 Соответствующие характеристики топлива
7.3 Центральный (в корпусе дроссельной заслонки) впрыск топлива
7.4 Порт (многоточечный) впрыск топлива
7.4.1 Схема, компоненты и функции системы
7.4.2 Режим распыления топлива
7.4 .3 Воздействие обратного потока
7.5 Явления воздушного потока
7.5.1 Поток мимо дроссельной заслонки
7.5.2 Поток во впускных коллекторах
7.5.3 Модели воздушного потока
7.6 Явления потока топлива: впрыск топлива через порт
7.6.1 Поведение жидкого топлива
7.6.2 Переходные процессы: топливно-пленочные модели
7.7 Непосредственный впрыск топлива
7.7.1 Обзор методов прямого впрыска
7.7.2 Процессы приготовления смеси с непосредственным впрыском
7.7.3 Система и компоненты двигателя с непрямым впрыском
7.8 Датчики кислорода в отработавших газах
7.9 Системы подачи топлива
7.10 Сжиженный нефтяной газ и природный газ
Проблемы
Ссылки
ГЛАВА 8 Движение заряда внутри цилиндра
8.1 Потоки, образующиеся на впуске
8.2 Характеристики средней скорости и турбулентности
8.2.1 Определения соответствующих параметров
8.2.2 Применение к данным о скорости двигателя
8.3 Завихрение
8.3.1 Измерение завихрения
8.3.2 Генерация завихрения во время индукции
8.3.3 Изменение завихрения в цилиндре
8.4 Переворачивание
: G-образные поршни
8.5 Squish
8.6 Вихревое, кувыркающееся, хлюпающее взаимодействие потока
8.7 Потоки в форкамерном двигателе
8.8 Течения в щелях и продувки
8.9 Потоки, генерируемые взаимодействием поршня со стенкой цилиндра
Проблемы
Ссылки
ГЛАВА 9.09 Сжигание в искровых двигателях1 Основные характеристики процесса
9.1.1 Основы сгорания
9.1.2 Процесс сгорания в двигателе с системой SI
9.2 Термодинамика сгорания в двигателе с системой SI
9.2.1 Сгоревшие и несгоревшие состояния смеси
9.2.2 Анализ данных о давлении в цилиндрах
9.2.3 Процесс сгорания Характеристика
9.3 Структура и скорость пламени
9.3.1 Общие наблюдения
9.3.2 Структура пламени
9.3.3 Скорости ламинарного горения
9.3.4 Зависимости распространения пламени
9.3.5 Горение с непосредственным впрыском топлива
9.4 Циклические изменения в сгорании, частичном сгорании и пропусках зажигания
9.4.1 Наблюдения и определения
9.4.2 Причины межцикловых и межцилиндровых изменений
9.4.3 Частичное сгорание, пропуски зажигания и стабильность работы двигателя
9.5 Искровое зажигание
9.5.1 Основы зажигания
9.5.2 Стандартные системы зажигания
9.5.3 Альтернативные подходы к зажиганию
9.6 Аномальное сгорание: самовозгорание и детонация
9.6.1 Описание явлений
9.6.9 Основы детонации 2
9.6.4 Спорадическое преждевременное зажигание и детонация 9.6.5 Подавление детонации
Проблемы
Ссылки
Системы
10.2.2 Другие дизельные системы сгорания
10.2.3 Сравнение различных систем сгорания
10.3 Сгорание дизельного двигателя
10.3.1 Оптические исследования дизельного сгорания
10.3.2 Горение в многораспылительных системах с непосредственным впрыском
10.3.3 Анализ скорости тепловыделения
10.3.4 Концептуальная модель сжигания дизельного топлива с непосредственным впрыском
10.4 Поведение топливного распыла
10.4.1 Впрыск топлива
10.4.2 Общая структура распыления
10.4 .3 Распыление и образование брызг
10.4.4 Проникновение распыления
10.4.5 Распределение капель по размеру
10.4.6 Испарение при распылении
10.5 Задержка воспламенения
10.5.1 Определение и обсуждение
10.5.2 Качество воспламенения топлива
10.5.3 Самовоспламенение и горение предварительно смешанной смеси
10.5.4 Физические факторы, влияющие на задержку воспламенения
10.5.5 Влияние свойств топлива
10.5.6 Корреляции для задержки воспламенения в двигателях
10.6 Горение, контролируемое смесями
10.6.1 Фон
10.6.2 Брызги и пламя Структура
10.6.3 Топливо-воздушное смешивание и скорость сгорания
10.7 Альтернативные подходы к сгоранию при воспламенении от сжатия
10.7.1 Сгорание в дизельном топливе с множественным впрыском
10.7.2 Усовершенствованные концепции сгорания при воспламенении от сжатия
Проблемы
Ссылки
Ссылки

11.1 Характер и масштабы проблемы
11.2 Оксиды азота
11.2.1 Кинетика образования NO
11.2.2 Образование NO2
11.2.3 Образование NO в двигателях с искровым зажиганием
11.2.4 Образование NOx в двигателях с воспламенением от сжатия 11.2.4 Монооксид
11.4 Выбросы углеводородов
11.4.1 Общие сведения
11.4.2 Основы тушения пламени и окисления
11.4.3 Выбросы углеводородов из двигателей с искровым зажиганием
11.4.4 Механизмы выбросов углеводородов в дизельных двигателях
11.5 Выбросы твердых частиц
11.5.1 Выбросы твердых частиц в двигателях с искровым зажиганием
11.5.2 Характеристики твердых частиц дизельного топлива
11.5.3 Распределение твердых частиц в цилиндре
11.5.4 Основы образования сажи
11.5.5 Окисление сажи

11.5.6 Адсорбция 11.6 Обработка выхлопных газов
11.6.1 Доступные опции
11.6.2 Основы каталитического нейтрализатора
11.6.3 Каталитические нейтрализаторы
11.6.4 Сажевые фильтры или ловушки
11.6.5 Системы обработки выхлопных газов
Проблемы
Ссылки 9 122 Двигатель

Теплообмен1 Значение теплопередачи
12.2 Виды теплопередачи
12.2.1 Теплопроводность
12.2.2 Конвекция
12.2.3 Излучение
12.2.4 Общий процесс теплопередачи
12.3 Теплопередача и энергетический баланс двигателя
12.4 Конвективная теплопередача
12.4 Конвективная теплопередача
.1 Анализ размеров
12.4.2 Корреляции для усредненного по времени теплового потока
12.4.3 Корреляции для мгновенных пространственных средних коэффициентов
12.4.4 Корреляции для мгновенных локальных коэффициентов
12.4.5 Теплообмен системы выпуска и впуска
12.5 Радиационный теплообмен
12.5.1 Излучение от газов
12.5.2 Излучение пламени
12.6 Измерение мгновенной скорости теплопередачи
12.6.1 Методы измерения
12.6.2 Искровое зажигание 900 Измерения двигателя 12.6.3 Измерения дизельного двигателя
12.6.4 Оценка корреляций теплопередачи
12.6.5 Поведение пограничного слоя
12.7 Тепловая нагрузка и температура компонентов
12.7.1 Влияние переменных двигателя
12.7.2 Распределение температуры компонентов
12.7.3 Прогрев двигателя
Проблемы
Ссылки
Глава 13 Фрикционные литературы
13.1 Фон
13.2 Определения
13.3 Основы трения
13.3.1 Смазное трение
13.3.2 Турбулентное рассеивание
13.3.3 Всего Трение
13.4 Методы измерения
13.5 Данные о трении двигателя
13.5.1 Двигатели SI
13.5.2 Дизельные двигатели
13.6 Механические фрикционные компоненты
13.6.1 Испытания моторного двигателя на поломку
13.6.2 Система смазки двигателя
13.6.3 Трение в сборе поршня и смазка
13.6.4 Трение коленчатого вала
13.6.5 Трение клапанного механизма
13.7 Трение насоса
13.8 Аксессуар
13.8 Требования к мощности
13.6.4 Расход
13.10.1 Контекст потребления масла
13.10.2 Подача масла в цилиндр
13.10.3 Испарение масла
13.10.4 Прорыв газов и унос масла
13.11 Смазочные материалы
Проблемы
Справочные материалы
ГЛАВА 14 Моделирование реального потока двигателя и процессов сгорания
14.1 Назначение и классификация моделей
14.2 Основные уравнения для открытой термодинамической системы
14.2.1 Сохранение массы
14.2.2 Сохранение2 энергии
Модели потока выхлопных газов
14.3.1 Общие сведения
14.3.2 Модели квазистационарного потока
14.3.3 Методы заполнения и опорожнения
14.3.4 Газодинамические модели
14.4 Термодинамические модели в цилиндрах
14.4.1 Общие сведения и общая структура модели
14.4.2 Модели двигателей с искровым зажиганием
14.4.3 Модели двигателей с непосредственным впрыском
14.4.4 Модели двигателей с форкамерами
14.4.5 Модели многоцилиндровых двигателей и двигателей со сложной системой
14.4.6 Второй закон Анализ процессов двигателя
14.5 Гидромеханические многомерные модели
14.5.1 Базовый подход и управляющие уравнения
14.5.2 Модели турбулентности
14.5.3 Численная методология
14.5.4 Прогнозы поля течения
14.5.5 Моделирование распыления топлива
14.5.6 Моделирование сгорания
Справочные материалы
ГЛАВА 15 Рабочие характеристики двигателя
15.1 Цели конструкции двигателя
15.2 Характеристики двигателя
15.2.1 Основные характеристики однофазных и дизельных двигателей
15.2.2 Характеристика характеристик двигателя

, мощность и среднее эффективное давление
15.2.4 Карты характеристик двигателя
15.3 Рабочие переменные, влияющие на характеристики, эффективность и выбросы двигателя SI
15.3.1 Момент зажигания
15.3.2 Состав смеси
15.3.3 Нагрузка и скорость
15.3.4 Степень сжатия
15.4 Конструкция системы сгорания двигателя SI
15.4.1 Цели и варианты
15.4.2 Факторы, контролирующие сгорание

Факторы, которые 15.4. Характеристики управления
15.4.4 Требование к октановому числу в камере
15.4.5 Выбросы двигателя SI
15.4.6 Оптимизация
15.5 Переменные, влияющие на характеристики, эффективность и выбросы дизельного двигателя
15.