Рабочий ход поршня и холостой ход двигателя

Двигатель внутреннего сгорания и по сей день является самым популярным изобретением. Он предназначен для приведения в действие самые различные механизмы. Вокруг этого изобретения крутится довольно серьезная терминология, которая понятна не всем водителям. Сегодня вы узнаете, что такое рабочий ход двигателя (рабочий ход поршня) и режим холостого хода.

Рабочий ход поршня ДВС

Чтобы узнать, что это такое, необходимо понимать принцип действия двигателя внутреннего сгорания. Рабочим ходом называется такое движение поршня, при котором мотор совершает полезную, а именно – преобразует тепловую энергию во вращающий момент.

 

Для начала разберем все такты работы двигателя и дойдет до того момента, когда поршень будет совершать эту самую полезную работу. Первым делом идет такт впуска. В это время поршень движется вниз, а клапан, обеспечивающий впуск топливовоздушной смеси, открывается. Она подается в определенном соотношении и полностью заполняет камеру сгорания. Это продолжается до тех пор, пока поршень не достигнет нижней мертвой точки.

Как только поршень пойдет вверх, клапана будут закрыты, в этот момент смесь сжимается и давление внутри камеры повышается. Как только поршень достигнет верхней мертвой точки, наступает момент рабочего хода поршня. На электродах свечи зажигания появится искра, которая воспламенит смесь и станет причиной небольшого взрыва, который заставит поршень пойти вниз. Пока поршень направляется в самую нижнюю точку цилиндра – этот отрезок будет считаться его рабочим ходом. Далее весь цикл повторяется за счет инерции коленчатого вала.

Стоит отметить, что именно рабочий ход является главным показателем эффективности работы двигателя, а значит, целиком определяем его коэффициент полезного действия.

В этом время, вся остальная работа, затрачиваемая на инерцию: сжатие смеси и ее подача – это все создает лишнюю нагрузку на коленвал, тем не менее, без этого работа двигателя невозможна. Многие автомастера увеличивают рабочий ход поршня и увеличивают объем цилиндра, чтобы добиться наибольшей эффктивности за счет увеличения рабочего хода и объема смеси подлежащего сгоранию.

Работа двигателя на холостом ходу

Холостым ходом любого двигателя внутреннего сгорания называют такой режим работы, при котором отсутствует передача вращающего момента на требуемый механизм. Данный режим характерен не только для ДВС, он также активно применяется и для многих других видов силовых установок, однако большее распространение получил именно в таких типах двигателей.

Данный режим обеспечивается за счет сцепления, которое может «разрывать» передачу вращающего момент от маховика к первичному валу, а также нейтральное положение рукоятки коробки передач, при котором отсутвует передача момента на приводной или карданный вал.

Работа двигателя на холостом ходу позволяет поддерживать его обороты на требуемом уровне без остановки. Дело в том, что при наличии нагрузки на коленчатом валу, ДВС всегда стремится остановиться, так кислород в этом случае потребляется в малом количестве. Такой режим также позволяет выполнить прогрев мотора, а на инжекторных двигателях создает работу, при которой содержание вредных веществ в выхлопном дыме сводится к минимуму.

 

Вокруг холостого режима ходит большое количество «легенд». Так, например, многие водители считают режим работы на холостом ходу самым экономичным. Однако это не так, скорее наоборот, холостой ход становится причиной самого максимального потребления топлива. Дело в том, что при полностью закрытой дроссельной заслонке, чтобы двигатель не остановился, система подачи топлива обеспечивает увеличение содержание бензина в камере сгорания, а при открытии дросселя, уровень бензина в смеси снижается, так как потребление кислорода увеличивается. В этом режиме двигатель скорее работает за счет вознкающей инерции после полезного хода поршня. Принято считать, что самым экономичным режимом работы ДВС является тот момент, когда обороты находятся на отметке в 3000 об/мин. В этот момент дроссельная заслонка открывается полностью, а уровень топлива в камере сгорания составляет минимум.

Устойчивость оборотов холостого хода поддерживает система подачи топлива. Именно от нее зависит то, как мотор будет работать себя, когда нагрузка на валу отсутствует, а дроссельная заслонка, при этом, закрыта.

Вот и все, что нужно знать о самых запутанных терминах теории двигателя внутреннего сгорания. Все это относится не только в автомобильным двигателям, ведь такой мотор устанавливается и на мотоциклы, бензопилы, лодки и даже самолеты. 

Рабочие циклы двигателей внутреннего сгорания

Рабочие циклы двигателей внутреннего сгорания

Процесс, происходящий в цилиндре двигателя за один ход поршня, называется тактом. Совокупность всех процессов, происходящих в цилиндре, т. е. впуск горючей смеси, сжатие ее, расширение газов при сгорании и выпуск продуктов сгорания, называется рабочим циклом.

Если рабочий цикл совершается за четыре хода поршня, т. е. за два оборота коленчатого вала, то двигатель называется четырехтактным.

Рабочий цикл четырехтактного карбюраторного двигатег л я. Первый такт — впуск (рис. 5, а). Поршень 3 перемещается от в. м. т. к н. м. т., впускной клапан 1 открыт, выпускной клапан 2 закрыт. В цилиндре создается разрежение (0,7—0,9 кгс/см2) и горючая смесь, состоящая из паров бензина и воздуха, поступает в цилиндр. Горючая смесь смешивается с продуктами сгорания, оставшимися в цилиндре от предшествующего цикла, и образует рабочую смесь. Чем лучше наполнение цилиндра горючей смесью, тем выше мощность двигателя.

Рекламные предложения на основе ваших интересов:

Дополнительные материалы по теме:

Температура смеси в конце впуска 75— 125 °С.

Второй такт — сжатие. Поршень перемещается от н. м. т. к в. м. т., оба клапана закрыты. Давление и температура рабочей смеси повышаются, достигая к концу такта соответственно 9—15 кгс/см2 и 350— 500 °С.

Третий такт — расширение, или рабочий ход. В конце такта сжатия рабочая смесь воспламеняется электрической искрой, происходит быстрое сгорание смеси. Максимальное давление при сгорании достигает 35—50 кгс/см2, а температура 2200— 2500 °С. Давление газов в процессе расширения передается на поршень, далее через поршневой палец и шатун — на коленчатый вал, создавая крутящий момент, заставляющий вал вращаться. В конце расширения начинает открываться выпускной клапан, давление в цилиндре снижается до 3—5 кгс/см2, а температура до 1000—1200 °С.

Рис. 1. Рабочий цикл четырехтактного карбюраторного двигателя: а — впуск, 6 — сжатие, в — расширение, г — выпуск; 1 — впускной клапан, 2 — выпускной клапан, 3 — поршень

Четвертый такт — выпуск. Поршень перемещается от н. м. т. к в. м. т., выпускной клапан открыт. Отработавшие газы выпускаются из цилиндра в атмосферу. Процесс выпуска протекает при давлении выше атмосферного. К концу такта давление в цилиндре снижается до 1,1—1,2 кгс/см2, а температура до 700—800 °С.

Далее процессы, происходящие в цилиндре, повторяются в указанной последовательности. Рабочим является только один такт — расширение, впуск и сжатие являются подготовительными, а выпуск — заключительным тактами.

При пуске двигателя его коленчатый вал вращается электродвигателем (стартером) или пусковой рукояткой. Когда двигатель начнет работать, впуск, сжатие и выпуск происходят за счет энергии, накопленной маховиком двигателя при рабочем такте.

Рабочий цикл четырехтактного дизеля. При впуске поршень движется от в. м. т к н. м. т., открыт впускной клапан. За счет образующегося разрежения в цилиндр поступает чистый воздух. Давление 0,85—0,95 кгс/см2, температура 40— 60°С.

При такте сжатия поршень движется вверх, оба клапана закрыты. Давление и температура воздуха повышаются, достигая в конце такта 35—55 кгс/см2 и 450—650 °С.

Когда поршень подходит к в. м. т., в цилиндр через форсунку впрыскивается дизельное топливо, подаваемое насосом высокого давления.

При рабочем ходе впрыснутое в цилиндр дизельное топливо самовоспламеняется от сильно сжатого и нагретого воздуха. С появлением первых очагов пламени начинается процесс сгорания, характеризуемый быстрым повышением давления и температуры. Когда поршень от в. м. т. начинает опускаться, сгорание в течение некоторого промежутка времени протекает при почти постоянном давлении. Максимальное давление газов достигает 50—90 кгс/см2, а температура — 1700—2000 °С. В конце расширения давление снижается до 2—4 кгс/см2, а температура — до 800—1000 °С. * При такте выпуска поршень перемещается от н. м. т. к в. м. т., открыт выпускной клапан. Давление газов в цилиндре снижается до 1,1—1,2 кгс/см2.

После окончания такта выпуска- начинается новый рабочий цикл.

Вследствие более высоких значений степени сжатия дизели более экономичны по расходу топлива, чем карбюраторные двигатели. Кроме того, они используют более дешевые сорта нефтяных топлив и менее опасны в пожарном отношении, чем бензин. С другой стороны, дизели имеют большую массу, чем карбюраторные двигатели, поэтому их устанавливают на отечественных автомобилях большой и очень большой грузоподъемности (МАЗ, КрАЗ, КамАЗ и БелАЗ).

С освоением мощностей Камского автозавода дизели будут устанавливать на грузовые автомобили ЗИЛ и Уральского автозавода, а также на автобусы ЛАЗ и ЛиАЗ.

Диаграмма рабочего цикла двигателя. Рабочий цикл двигателя можно представить в виде диаграммы, на которой по вертикальной оси откладывают давление р, а по горизонтальной—объем цилиндра V.

На диаграмме четырехтактного карбюраторного двигателя линия впуска 7—1 располагается ниже линии атмосферного давления (1 кгс/см2). При такте сжатия (линия I—2—3) давление повышается, достигая наибольшей величины в точке 3.

Точка соответствует моменту проскаки-вания искры в свече зажигания и началу процесса сгорания. Линия 3—4—5—6 иллюстрирует рабочий ход, причем линия 3—4, соответствующая резкому возрастанию давления, означает процесс сгорания рабочей смеси, а линия 4—5—6— расширение газов. В точке 4 давление газов достигает наибольшей величины.

Рис. 2. Рабочий цикл четырехтактного дизеля ЯМЗ: а —впуск, б — сжатие, в — расширение, г — выпуск; 1—форсунка, 2 — топливный насос высокого давления

В точке начинает открываться выпускной клапан. Линия соответствует такту выпуска. Она располагается несколько выше линии, соответствующей атмосферному давлению.

Рис. 3. Диаграмма рабочего цикла двигателя внутреннего сгорания (а) и схема сил, действующих от давления газов (б)

На рис. 3, б показана схема сил, действующих от давления газов в одноцилиндровом двигателе. Сила Р давления газов, действующая на поршень при рабочем ходе, раскладывается на две силы: N и S. Сила N прижимает поршень к стенке цилиндра, а действие силы S передается через шатун на коленчатый вал двигателя.

Сила Г, составляющая силы S и касательная к окружности вращения шатунной шейки, действует на плече R. Произведение TR называют крутящим моментом двигателя. Крутящий момент вызывает вращение коленчатого вала. Далее он передается через механизмы трансмиссии на ведущие колеса, вызывая движение автомобиля.

Вторая составляющая силы S сила F воспринимается коренными подшипниками коленчатого вала.

Однотактные двигатели | AMPERe Inc.

Наша технология способна снизить выбросы парниковых газов (CO2) на треть, используя сегодняшнюю глобально доступную встроенную инфраструктуру, при этом стоимость составляет менее половины существующих сопоставимых двигателей (4-тактных)

Характеристики однотактного двигателя :

По сравнению с современными автомобильными бензиновыми двигателями внутреннего сгорания.

Анимация работы однотактного двигателя

Инновационный подход к внутреннему сгоранию с несколькими революционными решениями

Эффективность

Повышение эффективности на 70%
– снижение расхода топлива

Легкий и мощный

Та же мощность при снижении веса на 80 % – улучшение на 500 %
– чистый двигатель

Простой

Содержит на 90% меньше деталей
– уменьшенная сложность и повышенная надежность

Стоимость

Стоимость сборки на 50% меньше,
и на 33% меньше затрат на запуск
– по конкурентоспособной цене

Альтернативные виды топлива

Разработаны для работы на водороде и другом биотопливе
– переходная технология

ДВОЙНАЯ КАМЕРА

зажигание в одном цилиндре
– каждый такт является рабочим ходом

ТИХАЯ РАБОТА

2 цилиндра Boxer

– очень хорошо NVH

БЕЗ ВДУХА

Прямой впрыск
– без клапанов и без распределительного вала

РЕКУПЕРИРОВАННАЯ ТЕПЛОПОТЕРЯ

Генерируемое тепло улавливается и преобразуется в ДВИЖЕНИЕ

ОСЕВОЕ ДЕЙСТВИЕ

цилиндр

ИННОВАЦИОННЫЙ КОЛЕНЧАТЫЙ ВАЛ

Инновационный ПРОТИВОПОЛОЖНО ВРАЩАЮЩИЙСЯ КОЛЕНЧАТЫЙ ВАЛ

Наши прототипы однотактных двигателей

SS-GEN1 Mk3

AMP SS-2B 200 CC A

Наша последняя сборка однотактного двигателя GEN1 имеет меньший рабочий объем и сверхлегкий вес для применения в БПЛА и других небольших специальных летательных аппаратах.

Двигатель входит в стадию оптимизации.

SS-GEN1 Mk2 DCRC

AMP SS-2B 560 CC A DCRC

Эта версия однотактного двигателя имеет уникальную конструкцию с двумя коленчатыми валами двойного встречного вращения (DRDC) на противоположных сторонах и установленными цилиндрами. в центре двигателя.
Специальная конструкция для использования в БПЛА и вертикальном взлете и посадке.

SS-GEN1 Mk2

AMP SS-2B 460 CC A

Наш однотактный двигатель Mk2 GEN1 с модернизированным коленчатым валом, оснащенным внутренними и внешними шарикоподшипниками, позволяющими работать на гораздо более высоких оборотах (до 16000 об/мин).

Двигатель входит в стадию оптимизации.

SS-GEN2 Mk2

AMP SS-2B 3600 куб. см W

Наш самый большой из когда-либо созданных однотактных двигателей с гораздо большим рабочим объемом и увеличенным ходом, оптимизированной конструкцией и структурой материалов. Двойные форсунки и двойные искры. Этот двигатель также был разработан со сверхлегким картером, изготовленным из углеродного волокна.

SS-GEN1 Mk1

AMP SS-2B 500 CC A

Наш первый однотактный двигатель (GEN1) с воздушным охлаждением весит всего 12 кг и имеет мощность 56 л.с. По прозвищу «Злой двигатель» (ty MV). Звучит как драгстер на 8000 об/мин. Работает на бензине и теперь будет оптимизирован для работы с непосредственным впрыском.

SS-GEN2 Mk1

AMP SS-2B 2600 куб.см W

Прототип полноразмерного однотактного двигателя, разработанный и построенный в Канаде в 2018-2019 гг.. Двигатель имеет воздушное и водяное охлаждение. Эта модель представляет собой приспособленную конструкцию, которая работает на дизельном топливе, однако после модификаций она также была адаптирована для сжигания бензина. Уникальная двухкамерная система зажигания в одноцилиндровом двигателе с непосредственным впрыском и уникальным газообменом.

SS-GEN2 Mk0.5

AMP SS-1 800 куб.

см W

Наш первый однотактный двигатель GEN2, построенный только с одним цилиндром и меньшим рабочим объемом для первых испытаний прототипа и подтверждения концепции (TRL-4) в конце 2014 года. Успешные испытания с оптимизацией позволили увеличить выходную мощность и улучшить модель в будущем (Mk1).

Что лучше: уменьшить или увеличить ход двигателя для большей мощности?

На этот вопрос нет единственно правильного ответа, и нам нужно определить, что на самом деле означает «сила». Здесь действует правило «рычажное плечо». Подумайте об этом так. Представьте, что ваша рукоятка похожа на гаечный ключ. Если вы пытаетесь ослабить болт, и у вас есть короткий гаечный ключ, будет довольно сложно его открутить, потому что у вас недостаточно рычага, но как только он ослабнет, вы можете довольно быстро повернуть этот короткий гаечный ключ и снять что болт быстро. Теперь, если вы возьмете более длинный гаечный ключ, вы сможете довольно легко открутить этот болт, но как только он ослабнет, очень трудно очень быстро повернуть этот длинный гаечный ключ.

Так что это своего рода уловка 22 ситуации. Крючки работают именно так. Более длинный ход обеспечивает больший рычаг, что соответствует большему крутящему моменту. Длинный ход действует как длинные гаечные ключи, облегчая двигателю тянуть тяжелый груз, но, в свою очередь, он не может вращаться очень быстро из-за возвратно-поступательного движения массы. Короткий ход заставляет двигатель вращаться быстрее из-за меньшей возвратно-поступательной массы, но он похож на тот короткий гаечный ключ, он затрудняет тягу тяжелых грузов или создание большого крутящего момента из-за меньшего рычага. Давайте применим это к конкретным двигателям и определим, лучше ли увеличивать или уменьшать ход поршня или вообще стоит ли затрачивать усилий. Если мы используем Chevy 350 (ход 3,48 дюйма) и хотим уменьшить его ход на 1/4 дюйма (ход 3,25 дюйма), вы получите 327. Уменьшив ход на полдюйма (ход 3,00 дюйма), вы получите с 302, прославившимся ранними Z/28. Маленький блок с очень высоким оборотом, который выдавал довольно хорошую мощность на высоких оборотах, но почти не имел мощности на низких оборотах. Увеличивая ход двигателя 350 на 1/4 дюйма (3,75 дюйма), мы получаем 383, который славится хорошим крутящим моментом на низких оборотах и ​​может довольно хорошо набирать обороты, но не так высоко, как двигатели с более коротким ходом. Поглаживание Форда — это отдельная история. Вы можете разогнать 302-й и в итоге получить 347-й или даже 357-кубовый двигатель, но это довольно дорогой путь по сравнению с 351W, который намного мощнее, чем 302-й, о котором когда-либо думали. В целом на 1 дюйм шире. Если вы добавите ход к 351W, вы можете получить 396, 408 и 427 в маленьком и легком корпусе за те же деньги, которые потребуются для создания меньшего и более слабого 347. Есть много других факторов, влияющих на ход поршня, таких как более высокая скорость поршня, увеличенный угол наклона штока и так далее. это заняло бы страницу за страницей, чтобы войти. . Если у вас тяжелая машина и/или высокие передачи, вам понадобится много рычагов, чтобы заставить эту машину двигаться. Если у вас легкий автомобиль и/или короткие передачи, вы можете использовать меньше рычагов и вращать его быстрее. Если вы просто вспомните основы «рычага», вы сможете немного лучше понять все это и выбрать, какой способ лучше всего подходит для вашего приложения.

Теперь позвольте мне сказать еще кое-что об этом. Двигатель — это не что иное, как воздушный насос. Рабочий объем двигателя — это просто размер насоса. Вся цель создания мощности состоит в том, чтобы втянуть заданное количество воздуха (что делает воздушный насос) и смешать его с топливом. Чем больше воздуха вы можете втянуть с данной топливной смесью, тем сильнее удар, что = больше мощности. Небольшой воздушный насос должен будет вращаться намного быстрее, чтобы всасывать равное количество воздуха, которое может сделать более крупный воздушный насос, вращаясь медленнее. Итак, подумайте о маленьком Chevy 327 и о том, как высоко ему нужно будет набирать обороты, чтобы получить такое же количество топлива и воздуха, как у 454. За каждый оборот этого 454 он потребляет еще 127 кубических дюймов топлива и воздух. Таким образом, чтобы 327-й мог вырабатывать такую ​​же мощность, как 454-й, он должен вращаться намного быстрее.