0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Что такое рабочий цикл 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.

  1. Что такое мертвые точки и такты ДВС
  2. Как работает четырехтактный двигатель
  3. Особенности работы двухтактных моторов

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.

Принцип работы ДВС. Рабочие циклы двигателя

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.

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).

Принцип работы ДВС — схематично

1. Впуск

По мере того, как коленчатый вал двигателя делает первый полуоборот, поршень перемещается от ВМТ к НМТ, впускной клапан открыт, выпускной клапан закрыт. В цилиндре создается разряжение, вследствие чего свежий заряд горючей смеси, состоящий из паров бензина и воздуха, засасывается через впускной газопровод в цилиндр и, смешиваясь с остаточными отработавшими газами, образует рабочую смесь.

2. Сжатие

После заполнения цилиндра горючей смесью при дальнейшем вращении коленчатого вала (второй полуоборот) поршень перемещается от НМТ к ВМТ при закрытых клапанах. По мере уменьшения объема температура и давление рабочей смеси повышаются.

3. Расширение или рабочий ход

В конце такта сжатия рабочая смесь воспламеняется от электрической искры и быстро сгорает, вследствие чего температура и давление образующихся газов резко возрастает, поршень при этом перемещается от ВМТ к НМТ. В процессе такта расширения шарнирно связанный с поршнем шатун совершает сложное движение и через кривошип приводит во вращение коленчатый вал.

При расширении газы совершают полезную работу, поэтому ход поршня при третьем полуобороте коленчатого вала называют рабочим ходом. В конце рабочего хода поршня, при нахождении его около НМТ открывается выпускной клапан, давление в цилиндре снижается до 0.3 — 0.75 МПа, а температура до 950 — 1200 о С.

4. Выпуск

Рабочий цикл четырехтактного дизеля

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 — 900 о С.

Выпуск

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).

  • Как устроен двигатель внутреннего сгорания

Последовательность чередования одноименных тактов в цилиндрах называют порядком работы двигателя. Порядок работы большинства четырехцилиндровых двигателей 1-3-4-2 или 1-2-4-3. Значит после рабочего хода в первом цилиндре следующий происходит в третьем, затем в четвертом и, наконец, во втором цилиндре. Определенная последовательность соблюдается и в других многоцилиндровых двигателях.

Рабочий цикл четырехкратного двигателя проходит за

28 января Глава Башкортостана Рустэм Хамитов совместно с руководителями предприятий Авиационного комплекса Госкорпорации «Ростех» ознакомился с деятельностью АО «Уфимское агрегатное производственное объединение», АО «Уфимское научно-производственное предприятие «Молния» и АО «Уфимское агрегатное предприятие «Гидравлика», входящих в холдинг «Технодинамика».

Генеральный директор АО «УАПО» Леонид Лузгин в ходе презентации рассказал, что предприятие с 80-летней историей занимается разработкой и производством специализированной авиационной техники – преобразователей тока и напряжений, генераторов, автоматических и электронных систем зажигания для всех типов самолётов, а также техники для нефтегазового комплекса, нефтехимических предприятий и энергетики – электродвигателей, электронасосов и автоматов защиты электрической сети.

В объединении обеспечен полный цикл производства – от заготовок до готовой продукции, имеется собственная испытательная база. В настоящее время на предприятии проходит масштабное техническое переоснащение.

Рустэм Хамитов осмотрел производственные мощности УАПО, посетив цеха узловой сборки электронных блоков и электрических машин, преобразователей. Говоря о продукции предприятия, Глава республики отметил, что решению многих инженерных задач могли бы помочь технологии 3D-прототипирования.

Во время посещения производственных участков руководитель региона пообщался с работниками, оценил условия их труда, поинтересовался вопросами подготовки кадров.

– Вам нужен свой учебный центр или участок, где можно готовить кадры. Чтобы люди приходили на рабочее место уже подготовленными, – сказал Рустэм Хамитов.

На УНПП «Молния» генеральный директор Евгений Распопов рассказал, что основная сфера деятельности предприятия – это конструирование, производство и сервисное обслуживание агрегатов систем зажигания и электронной автоматики, установленных практически на всех двигателях российских самолетов и вертолетов гражданской и военной авиации. УНПП также выпускает агрегаты для топливно-энергетического комплекса.

За последние годы предприятием освоен серийный выпуск новых образцов техники, в том числе электронных систем управления и электрических систем зажигания двигателей современных российских летательных аппаратов.

В ходе осмотра УНПП «Молния» Рустэм Хамитов посетил конструкторское бюро, цеха сборки агрегатов зажигания и электронной автоматики, исследовательскую лабораторию.

УАП «Гидравлика» специализируется на разработке и серийном выпуске вспомогательных силовых установок, агрегатов, металлических рукавов, гидравлических, топливных, воздушных и специальных фильтров. По словам генерального директора Николая Лютова, изделия, производимые на предприятии, широко применяются в отечественной авиационной и аэрокосмической технике. В настоящее время УАП «Гидравлика» активно занимается импортозамещением, осваивая новую линейку продукции.

Рустэм Хамитов посетил цеха сборки фильтров, вспомогательных газотурбинных двигателей, испытательную станцию, инструментальный цех, а также ознакомился с экспозицией музея истории предприятия.

На УАП «Гидравлика» также состоялось совещание по вопросам развития предприятий Авиационного комплекса Госкорпорации «Ростех», работающих в Башкортостане.

Стенограмма вступительного слова Рустэма Хамитова:

Добрый день, коллеги!

Два дня мы работаем на предприятиях авиационного комплекса. Для республики, для Уфы они очень значимы.

Объём отгруженной продукции – порядка 84 млрд рублей. Это пять процентов от республиканского показателя. На предприятиях работают 32 тысячи человек. Мы заинтересованы в том, чтобы экономические результаты были позитивными.

Нам нужны налоги, которые платят эти заводы. И мы содержим всю социальную инфраструктуру, которая сопровождает жизнь работников.

Нам нужны рабочие места, заработные платы. Сегодня мы видим, что с заработными платами последние год-два ситуация улучшилась. В этой связи хочу сказать спасибо директорскому корпусу, руководителям «Ростеха» за проведенную работу.

Сегодня в кулуарах обсуждали, что последние два-три года, конечно же, наметился позитив в стабилизации ситуации на этих предприятиях. Падение прекратилось, и начался рост.

По некоторым заводам рост уже существенный по отношению к 2010-2011 году – есть и двукратный, и трехкратный, и четырехкратный рост.

В целом, мы сегодня имеем фундамент в виде корпорации «Ростех», которая объединяет все эти концерны. Мы в контакте и дальше будем усиливать наше взаимодействие по всем направлениям: производственным, общественным, социальным. Ваши трудовые коллективы – хорошая опора для нас. Люди грамотные, дисциплинированные. Оборонный комплекс требует того, чтобы здесь трудились ответственные люди.

Вчера на приборостроительном объединении говорили, что многое зависит от трудовых коллективов, от директорского корпуса. От того, как вы будете работать, зависит многое. А сегодня возможности для работы – самые лучшие за последние 20-25 лет. Этот прорыв надо использовать. Есть финансы, есть ресурсы, есть тема импортозамещения, есть создаваемая техника, есть разного рода модернизационные программы. Вместе надо использовать открывшееся окно возможностей: расти, расширяться, оптимизироваться, модернизироваться. Будем вместе работать.

WO2009096763A1 — Поршневой двигатель внутреннего сгорания — Google Patents

Links

  • Espacenet
  • Global Dossier
  • PatentScope
  • Discuss
  • 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 title claims abstract description 14
  • 239000004575 stone Substances 0.000 claims description 13
  • 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 claims description 8
  • 238000005096 rolling process Methods 0.000 claims description 5
  • 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims 1
  • 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 abstract description 5
  • 238000007906 compression Methods 0.000 description 6
  • 230000000875 corresponding Effects 0.000 description 4
  • 239000007789 gas Substances 0.000 description 3
  • 210000003127 Knee Anatomy 0.000 description 2
  • 210000003739 Neck Anatomy 0.000 description 2
  • 238000000034 method Methods 0.000 description 2
  • 239000010754 BS 2869 Class F Substances 0.000 description 1
  • 235000008331 Pinus X rigitaeda Nutrition 0.000 description 1
  • 235000011613 Pinus brutia Nutrition 0.000 description 1
  • 241000018646 Pinus brutia Species 0.000 description 1
  • 239000002826 coolant Substances 0.000 description 1
  • 125000004122 cyclic group Chemical group 0.000 description 1
  • 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
  • 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
  • 239000000446 fuel Substances 0.000 description 1
  • 239000000463 material Substances 0.000 description 1
  • 238000011089 mechanical engineering Methods 0.000 description 1
  • 230000000452 restraining Effects 0.000 description 1
  • 241000894007 species Species 0.000 description 1
  • 230000001131 transforming Effects 0.000 description 1

Classifications

    • F — MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01 — MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01B — MACHINES OR ENGINES, IN GENERAL OR OF POSITIVE-DISPLACEMENT TYPE, e.g. STEAM ENGINES
    • F01B9/00 — Reciprocating-piston machines or engines characterised by connections between pistons and main shafts and not specific to preceding groups
    • F — MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02 — COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B — INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B75/00 — Other engines
    • F02B75/32 — Engines characterised by connections between pistons and main shafts and not specific to preceding main groups

Abstract

Description

2. Это значительно само по себе и дает эффект больший, чем идея переменной степени сжатия, реализуемая в двигателе WE — Widе Ехрапsiоп, «увеличенная степень расширения», так как в прелагаемом двигателе эксцентричное смещение основано на величине, равной диаметру, а не на вдвое меньшей величине, равной радиусу, как в двигателе WE, но приобретает еще большее • значение при сочетании с коэффициентом k 2 , так как входит в выражение 2k 2 в виде сомножителя.

Рабочий цикл двигателя

Рабочий цикл — это строгая последовательность рабочих процессов (тактов), периодически повторяющихся в каждом цилиндре. Каждый такт соответствует одно проходу поршня.

Рабочий цикл дизеля может совершаться как за четыре такта (за два оборота коленчатого вала), так и за два такта (за один оборот коленчатого вала). В первом случае дизель называется четырехтактным, во втором — двухтактным.

Рабочий цикл четырехтактного дизеля состоит из тех же тактов, что и рабочий цикл карбюраторного двигателя. Однако происходящие во время этих тактов процессы внутри цилиндров у карбюраторного двигателя и дизеля не одинаковы.

Во время такта впуска в цилиндр дизеля всасывается не горючая смесь, а воздух. Во время такта сжатия поступивший в цилиндр воздух сильно сжимается и вследствие этого нагревается до 500—700° С. В конце этого такта в цилиндр впрыскивается под большим давлением в мелкораспыленном состоянии топливо, которое, соприкасаясь с раскаленным воздухом, воспламеняется и быстро сгорает, образуя большое количество газов и выделяя тепло.

Во время такта расширения под давлением газов поршень перемещается. Процессы при этом такте, а также при такте выпуска аналогичны процессам, происходящим в четырехтактном карбюраторном двигателе.

Таким образом, в любом четырехтактном двигателе только один такт рабочий, а остальные три — вспомогательные.

Рабочий цикл двухтактного дизеля существенно отличается от рабочего цикла четырехтактного: он совершается не за два, за один оборот коленчатого вала и состоит только из двух тактов.

Рис. Основные процессы, происходящие в цилиндрах двухтактного дизеля: а — продувка; б — сжатие; в — рабочий ход; г — выпуск отработавших газов; 1 — поршень; 2 — нагнетатель; 3 — выпускной клапан; 4 — продувочные окна; 5 — ресивер блока; 6 — коленчатый вал; 7 — насос-форсунка

Первый такт (рис. а и б) происходит при перемещении поршня от нижней мертвой точки к верхней. Когда поршень 1 находится в нижней мертвой точке, свежий воздух под небольшим давлением поступает из нагнетателя 2 через ресивер 5 блока и продувочные окна 4 в цилиндр, вытесняя при этом остатки отработавших газов через открытый выпускной клапан 3. Когда поршень, перемещаясь вверх, перекрывает продувочные окна, а выпускной клапан закрывается, продувка цилиндра заканчивается. При дальнейшем перемещении поршня воздух в цилиндре сильно сжимается и нагревается. Когда поршень приближается к верхней мертвой точке, в цилиндр через насос-форсунку 7 впрыскивается под большим давлением топливо.

Второй такт (рис. в и г). Мелкораспыленное топливо, соприкасаясь с раскаленным воздухом, сгорает; при этом выделяется большое количество тепла, температура и давление газов резко возрастают. Под действием давления газов поршень перемещается от верхней мертвой точки к нижней, вращая коленчатый вал.

Когда поршень приближается к продувочным окнам, открывается выпускной клапан и значительная часть отработавших газов вследствие большого избыточного давления выходит из цилиндра. При дальнейшем движении поршня открываются продувочные окна, в цилиндр начинает поступать из ресивера блока чистый воздух, вытесняя через открытый выпускной клапан остатки отработавших газов.

Рабочий цикл на этом завершается.

Таким образом, в двухтактном двигателе, и это является его особенностью, рабочий ход поршня совершается при. каждом обороте коленчатого вала.

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector