Такт сжатия. — Автомастер
Такт сжатия.
- Подробности
После такта впуска следует так сжатия. Поршень доходя до нижней мертвой точки, прежде чем начать движение вверх, изменяет свою опору на цилиндр с левой стороны на правую – это явления называют “перекладкой”. Чем больше зазор между поршнем и юбкой, тем интенсивнее проходит перекладка, что в свою очередь не может сказаться на шумности двигателя. Так же начинает прогрессировать износ нижней части цилиндра и юбки поршня.
После того как поршень пройдет нижнюю мертвую точку, начинается непосредственно такт сжатия. Но на самом деле само сжатие фактически еще не происходит так как, не смотря на то, что поршень начал свое движение вверх и давление в цилиндре начинает повышаться, топливовоздушная смесь какое, то время по инерции продолжает поступать в цилиндр и закрывать раньше времени впускной клапан не рационально. В идеале перекрытие впускного клапана должно происходить в тот момент, когда воздушный поток, проходящий через клапан полностью прекращается, то есть нет никакого движения воздуха ни в прямом ни в обратном направлении.
На процесс наполнения цилиндра большое влияние оказывает конструкция впускной системы, частота вращения коленчатого вала двигателя и положение дроссельной заслонки. Получается, что чем выше частота вращения двигателя и угол открытия дроссельной заслонки, тем позже должен закрываться впускной клапан, при условии, что впускной тракт у нас имеет неизменную длину. На практике инженеры, как правило, приходят к компромиссному решению и выбирают нечто среднее, но это среднее выплескивается в то, что на малых оборотах происходит обратный выброс смеси, а на высоких наоборот ее нехватка. Таким образом, такие компромиссы могут привести к ухудшению основных параметров двигателя. Именно поэтому чтобы не мериться с этим, и не искать компромиссов, инженерами были воплощены в реальность следующие системы:
Но подробнее об этих системах мы поговорим отдельно. Здесь хотелось бы еще добавить, что много клапанные головки меньше подвержены вышеописанному эффекту и с ними немного попроще, в плане того что не нужно искать каких либо компромиссов.
Двигаясь вверх, при закрытом впускном и выпускном клапане, поршень создает давление в цилиндре. Величина этого давления напрямую зависит от герметичности прилегания клапанов и поршневых колец. Их износ или повреждения, а также в свою очередь риски, царапины на стенках цилиндра способствуют утечкам топливовоздушной смеси, что плохо сказывается на характеристике работы двигателя. Под действием давления и силы трения кольца прижимаются к нижней поверхности канавки поршня, а торцевой частью к стенкам цилиндра, что в свою очередь создает уплотнение. Под действием давления и силы трения кольца, канавки поршня и стенки цилиндра изнашиваются.
При приближении поршня к верхней мертвой точки, не доходя 5-30 градусов угла поворота коленчатого вала (это угол называют углом опережения зажигания, он должен обязательно регулируется при работе двигателя), на свече зажигания в цилиндре происходит искровой разряд . Начинается процесс горения смеси не мгновенно, а с определенным запаздыванием с момента искрового разряда до формирования фронта пламени. Время формирования фронта пламени зависит от давления, температуры и от интенсивности перемешивания смеси. Чем выше данные показатели, тем быстрее идет процесс. Поэтому величина угла опережения зажигания напрямую зависит от частоты вращения двигателя и положения дроссельной заслонки.
Прежде чем произойдет воспламенением смеси в цилиндре, давление составляет 10-12 атмосфер, что в свою очередь ниже при замере компрессии, так как воспламенение происходит до прихода поршня в ВМТ. При подходе поршня к ВМТ в работу вступают вытеснители. Вытеснители образуются поверхностью днища поршня и головки, их роль вытеснять смесь в зону камеры сгорания и интенсивно ее перемешивать в момент воспламенения, что в свою очередь увеличивает скорость и полноту сгорания топлива. Чем ближе поршень подходит к головке, тем больший эффект вытеснения, расстояние между поршнем и головкой может составлять 0,5 – 1 мм.
При нахождении поршня в ВМТ, на него действует сила давления газов. Давление предается на узел соединения поршня с шатуном, поршень – палец. Чем выше сила давления, тем выше трение в отверстии бобышек поршня и тем сложнее поршню провернуться на неподвижном пальце. Это похоже на перекладку, о которой уже шла речь выше, только с гораздо большими усилиями. Для уменьшения этих усилий и уменьшения стука при повышенном зазоре поршня в цилиндре, ось пальца на поршне смещают влево на 0,5 – 1,5 мм.
Такт работы двигателя
В нижней мертвой точке (НМТ) у поршня происходит «перекладка» т. е. изменение опоры поршня на цилиндр с левой стороны юбки на правую.
Чем больше зазор между юбкой поршня и цилиндром, тем интенсивнее перекладка,
После прохода поршнем нижней мертвой точки начинается второй такт работы двигателя — сжатие топливо-воздушной смеси.
Такт сжатияНепосредственно сжатие (повышение давления в цилиндре) начинается не сразу после начала движения поршня вверх. Дело в том, что топливо-воздушная смесь при открытом впускном клапане некоторое время продолжает поступать в цилиндр, несмотря на начало повышения давления. Поэтому закрытие впускного клапана должно быть согласовано с характером течения смеси у его тарелки.
С точки зрения наилучшего наполнения цилиндра (и, соответственно, наибольшей мощности) в момент закрытия впускного клапана смесь у клапана должна остановиться, т. е. в этот момент через клапан нет ни прямого — в цилиндр, ни обратного — из цилиндра, течения. Здесь на процесс очень сильно влияет конструкция впускной системы, частота вращения, положение дроссельной заслонки. В общем случае, чем больше частота вращения и открытие дроссельной заслонки, тем больше при неизменной длине впускного канала должен запаздывать с закрытием впускной клапан.
На практике, как правило, выбирают компромиссный вариант, однако существуют конструкции с переменными фазами газораспределения (при которых изменяется запаздывание закрытия впускного клапана) и с переменной длиной каналов впускной системы, улучшающих наполнение цилиндров и параметры двигателя в широком диапазоне режимов. Компромиссные решения обычно приводят к ухудшению параметров двигателя за счет обратного выброса смеси на низких частотах вращения и «недозарядки» цилиндра (т. е. снижения количества поступающей смеси относительно максимально возможного) на высоких оборотах. Меньшее по сравнению с традиционными конструкциями запаздывание закрытия клапана имеют двигатели с многоклапанными головками (с тремя или четырьмя клапанами на цилиндр).
Под действием сил давления и трения торцевые поверхности колец и канавок изнашиваются, а торцевой зазор в канавках увеличивается
. При большом зазоре кольца вблизи мертвых точек (ВМТ и НМТ) передвигаются от одного торца канавки к другому. Возникает так называемый «насосный» эффект, характерный для изношенных двигателей, из-за которого значительно увеличивается расход масла. Возрастает также прорыв газов в картер из камеры сгорания. Кроме того, при большом торцевом зазоре кольца достаточно быстро разбивают края канавок, вследствие чего «насосный» эффект и прорыв газов быстро прогрессируют.Когда поршень находится вблизи ВМТ, не доходя до нее обычно 5-30° по углу поворота коленчатого вала (ПКВ), происходит искровой разряд на свече зажигания. Этот угол, называемый углом опережения зажигания, при работе двигателя обязательно регулируется. Дело в том, что процесс горения смеси происходит с некоторым запаздыванием с момента искрового разряда на величину так называемого времени формирования фронта пламени. В двигателях с искровым зажиганием это величина условная и равна времени с момента искрового разряда до начала «видимого» сгорания (начала повышения давления свыше давления в цилиндре без сгорания). В дизелях процесс видимого сгорания также происходит с задержкой. При этом время задержки воспламенения в дизелях имеет физический смысл как время, необходимое для нагрева и испарения топпива, впрыскиваемого в цилиндр.
Непосредственно перед воспламенением смеси давление в цилиндре достаточно высоко — свыше 1,0-И ,2 МПа. Это давление несколько ниже максимального давления, которое было бы в цилиндре при проверке компрессии, т. к. воспламенение начинается до прихода поршня в ВМТ. Максимальное давление в цилиндре (без сгорания) зависит от степени сжатия б = Vh/VKC, где Vh — рабочий объем цилиндра (Vh = Fn.S), Fn — площадь поршня; S — ход поршня; VKc — объем камеры сгорания.
При приближении поршня к ВМТ начинают «работать» так называемые вытеснители. Вытеснители образуются поверхностями днища поршня и головки, которые при положении поршня в ВМТ подходят друг к другу наиболее близко обычно зазор между поршнем и головкой в таких местах 0,5-5-1,0 мм. При подходе поршня к ВМТ смесь, расположенная между вытеснительными поверхностями, как бы «вытесняется» в зону камеры сгорания, образуя потоки определенного направления.
Чем ближе подходят друг к другу поршень и головка, тем сильнее эффект вытеснения, т. е. больше скорость вытеснения потока. Вытеснители выполняют весьма важную задачу — турбупизируют (т. е. интенсивно перемешивают) смесь в момент воспламенения, а это повышает скорость и полноту сгорания. Турбулизация смеси препятствует также распространению детонации.
При движении поршня к ВМТ во время такта работы двигателя давление в цилиндре быстро растет. Увеличивается и давление в зазоре между верхней частью боковой поверхности поршня (огневым поясом) и цилиндром. Рост давления при сгорании приводит к существенному увеличению усилия прижатия компрессионных колец к поверхности цилиндра и нижним поверхностям канавок поршня. Наибольшие усилия испытывает верхнее кольцо, поскольку давление в канавке верхнего кольца значительно выше, чем среднего. Под действием силы давления газов и силы трения кольца о цилиндр верхнее кольцо разворачивается (закручивается) в канавке. После непродолжительной работы кольцо приобретает характерный профиль поперечного сечения с несимметричной бочкообразностью наружной поверхности и небольшой вогнутостью на нижнем торце, а нижняя поверхность канавки становится конической со скругленным краем. От формы наружной поверхности кольца сильно зависят износ цилиндра и расход масла. В частности, при сжатии в цилиндре закручивание кольца может привести к его маслосъемному действию при движении поршня вверх, т. е. к вытеснению части масла со стенок цилиндра в камеру сгорания. В этом случае скребковая верхняя кромка кольца уменьшает и без того тонкую масляную пленку между кольцом и цилиндром, в результате чего возможно образование прижогов на кольце и задиров на поверхности цилиндра.
При движении поршня вверх по мере роста давления толщина масляной пленки уменьшается, а вблизи ВМТ становится очень малой. Чтобы недостаток смазки не приводил к повышенному износу, очень важное значение имеют материалы трущихся деталей, состояние их поверхностей, а также упругость колец.
Стойкую к износу пару трения «кольцо-цилиндр» образуют обычно твердые гладкие покрытия колец и, как правило, более мягкий материал цилиндра, на поверхности которого создается шероховатость в виде наклонных рисок определенной глубины. Чем глубже риски, тем больше масла в них находится, тем лучше смазка колец и цилиндра.
При подходе поршня к ВМТ на поршень действует сила давления газов. Поршень опирается на поршневой палец и чем больше сила давления поршня на палец, тем выше трение в отверстии бобышек поршня и тем труднее поршню повернуться на неподвижном пальце. На практике это выглядит как поворот поршня вместе с шатуном вблизи ВМТ, т. е. как уже упомянутая выше «перекладка», но с гораздо большими усилиями. Для уменьшения этих усилий и снижения возможного стука поршня при повышенном зазоре в цилиндре ось пальца на поршне обычно смещают на 0,05 мм влево, если смотреть на поршень спереди. Тогда, как это видно на схеме, момент сил, поворачивающих поршень вблизи ВМТ, компенсируется моментом от сил давления газов на поршень.
Силы давления газов и силы инерции, действующие на поршень, передаются через поршневой палец и шатун на шейку коленчатого вала.
Вблизи ВМТ суммарные силы от давления газов и инерции вызывают большие напряжения в шатуне и бобышках поршня. В эксплуатации представляют большую опасность случаи значительного (во много раз) увеличения давления в ВМТ. Обычно это связано с попаданием в камеру сгорания различных жидкостей, например, воды через входной патрубок воздушного фильтра, топлива, масла или охлаждающей жидкости при возникновении соответствующих неисправностей. В таких случаях происходит деформация стержня шатуна — так называемая потеря устойчивости, а также поломки шатуна и поршня, опасные серьезными повреждениями в двигателе. Далее поговорим о такте впуска двигателя.
Рабочий цикл двигателя состоит из четырех тактов: Такт впуска, такт сжатия, такт расширения, такт выпуска.
такт сжатия — это… Что такое такт сжатия?
такт сжатия — такт впуска — [http://slovarionline.ru/anglo russkiy slovar neftegazovoy promyishlennosti/] Тематики нефтегазовая промышленность Синонимы такт впуска EN compression strokeinstroke … Справочник технического переводчика
такт сжатия — suspaudimo taktas statusas T sritis Energetika apibrėžtis Vidaus degimo variklio eiga, kai oros ar degusis mišinys cilindre suslegiamas. atitikmenys: angl. compression stroke vok. Kompressionshub, m; Verdichtungshub, m rus. такт сжатия, m pranc.… … Aiškinamasis šiluminės ir branduolinės technikos terminų žodynas
Четырёхтактный двигатель — Работа четырёхтактного двигателя в разрезе. Цифрами обозначены такты Четырёхтактный двигатель поршневой двигатель внутреннего сгорания, в котором рабочий процесс в каждом из цилиндров совершается за два оборота коленчатого вала, то есть за… … Википедия
Доильный аппарат — аппарат для механического доения коров. Попытки механизировать Доение были сделаны ещё в начале 19 в. В 1836 (Великобритания) появились доильные трубочки (изобретены Блартоном), несколько позже выжималки, в 1851 впервые применили Д. а.,… … Большая советская энциклопедия
Цикл Миллера — Эта статья должна быть полностью переписана. На странице обсуждения могут быть пояснения … Википедия
Стирлинга двигатель — двигатель внешнего сгорания, двигатель с внешним подводом и регенерацией тепловой энергии, преобразуемой в полезную механическую работу. С. д. назван по имени английского изобретателя Р. Стирлинга (R. Stirling; 1790 1878), который в 1816… … Большая советская энциклопедия
АВТОМОБИЛЬ ЛЕГКОВОЙ — самодвижущееся четырехколесное транспортное средство с двигателем, предназначенное для перевозок небольших групп людей по автодорогам. Легковой автомобиль, обычно вмещающий от одного до шести пассажиров, именно этим, в первую очередь, отличается… … Энциклопедия Кольера
ДОИЛЬНЫЙ АППАРАТ — устройство для механич. доения коров; отсасывает молоко из вымени под действием искусственно создаваемого вакуума под соском. Д. а. состоит из четырёх доильных стаканов, коллектора, пульсатора и доильного ведра или молокопровода, соединённых… … Сельско-хозяйственный энциклопедический словарь
доильный аппарат — Рабочие циклы двухкамерного доильного стакана: 1 такт сосания; 2 такт сжатия; 3 такт отдыха. доильный аппарат, устройство для механического доения коров; отсасывает молоко из вымени под действием искусственно создаваемого… … Сельское хозяйство. Большой энциклопедический словарь
ЯАЗ-204 — Производитель: ЯАЗ Тип: дизельный Объём: 4654 см3 Максимальная мощность: 110 л.с., при 2000 об/мин … Википедия
ЯАЗ-206 — Производитель: ЯАЗ Тип: дизельный Объём: 6981 см3 Максимальная мощность: 165 л.с., при 2000 об/мин … Википедия
1.2 Такт сжатия
Второй такт начинается после того, как поршень достиг нижней мертвой точки, впускной клапан закрылся, а цилиндр заполнился рабочей смесью. В течение второго такта поршень двигается вверх — от нижней мертвой точки к верхней, сжимая при этом рабочую смесь. Степень сжатия это параметр показывающий, во сколько раз уменьшается объем рабочей смеси при достижении поршнем верхней мертвой точки. В бензиновых двигателях он сокращается в 8–14 раз. Степень сжатия является одной из важных технических характеристик автомобиля и указывается в заводском руководстве пользователя. В соответствии с законами физики температура рабочей смеси при сжатии существенно повышается. Когда поршень доходит к верхней мертвой точке, температура смеси достигает 400–600°С. В это время давление внутри цилиндра составляет 9–12 кг/см2.
Второй такт работы двигателя внутреннего сгорания завершается в момент максимального сжатия рабочей смеси (то есть когда поршень достигает верхней мертвой точки). На протяжении второго такта кривошип коленчатого вала проворачивается еще на пол-оборота. Следовательно, за два такта коленчатый вал делает один полный оборот.
Назначение процесса сжатия состоит в обеспечении возможно более широких температурных пределов, в которых осуществляется рабочий цикл, а также в обеспечении наиболее благоприятных условий для воспламенения и полного сгорания топлива или горючей смеси.
В двигателях с внешним смесеобразованием стремятся к повышению ε до 13…15. Но этому препятствует детонация. При использовании высоких степеней сжатия применяют бензины, стойкие к детонации. В процессе сжатия повышаются температура и давление рабочего тела, благодаря чему в процессе последующего сгорания топлива температура достигает высоких значений. С другой стороны, повышение степени сжатия означает автоматическое увеличение степени расширения. Таким образом, более высокая степень сжатия означает увеличение перепада температур в процессе расширения рабочего тела. И, как известно из второго закона термодинамики, это приводит к повышению КПД рабочего цикла, то есть, к повышению использования теплоты топлива в процессе осуществления механической работы.
Это иллюстрируется данными, приведенными в рис .1.
Степень сжатия оказывает влияние на литровую мощность двигателя (рис.2).
В двигателях с внешним смесеобразованием низкие предельные значения ε обусловлены детонацией и преждевременной вспышкой. О детонации, или взрывном сгорании, не допустимом в двигателях, будет сказано в дальнейшем. Если удастся преодолеть детонацию при высоких степенях сжатия, то (рис. 1). Зависимость термического, индикаторного и эффективного КПД от степени сжатия (рис. 2). Зависимость литровой мощности двигателя от величины степени сжатия возникает новая трудность – преждевременная вспышка, возникающая в результате самовоспламенения смеси вследствие высокой её температуры в конце сжатия. Этому способствует также понижение температуры самовоспламенения при увеличении давления смеси в конце сжатия (табл. 1).
Таблица 1 .
Нагрузка на двигатель | ε | ||
7 | 8 | 9 | |
Полная | 3 | 7 | 10 |
50% | 17 | 22 | 25 |
ВМТ – как определить верхнюю мертвую точку первого цилиндра
Движение поршня от нижнего до верхнего положения называется ходом поршня. Верхняя мертвая точка — точка наивысшего положения, занимаемого поршнем при вращении коленчатого вала. Поскольку поршень за рабочий цикл дважды достигает своего наивысшего положения (один раз — в конце такта сжатия и еще раз — в конце такта выпуска), за ВМТ обычно принимают наивысшее положение поршня в конце такта сжатия.
Как определить ВМТ
Чтобы определить ВМТ первого цилиндра, нужно ротор распределителя направить в противоположную сторону от метки, расположенной на корпусе. Это значит, что поршень первого цилиндра будет находиться в верхней мертвой точке в такте выхлопа.
Чтобы найти ВМТ без меток, нужно установить поршень на одну и туже высоту при левом повороте колена, а потом при правом. Затем делают две отметины на маховике, соответствующие левому и правому положениям. Потом на маховике находят середину между этими метками. Это и будет ВМТ.
Установка в ВМТ
Установка поршня в ВМТ — основная процедура для многих операций, таких как регулировка зазора в механизме привода клапанов, замена цепи ГРМ и звездочек распредвала/коленвала.
Перед началом этой процедуры установите рычаг (селектор) КПП в нейтральное положение и затяните стояночный тормоз (или подклиньте задние колеса). Отключите систему зажигания, отсоединив разъемы первичной цепи от блока катушек зажигания/модуля зажигания (см. главу 5). Снимите также давление в топливной системе (см. главу 4А, параграф 12).
Чтобы установить любой поршень в ВМТ, коленвал следует проворачивать только по часовой стрелке (если смотреть со стороны цепи ГРМ). Это можно сделать одним из следующих способов:
а) Предпочтительный способ. Коленвал проворачивают головкой с воротком («трещоткой») за болт крапления шкива коленвала.
б) Можно попросить помощника короткими включениями стартера (ключ—в замке зажигания) провернуть стартер. Для точной установки коленвала все равно потребуется головка с воротком. Проследите за тем, чтобы помощник к этому моменту уже покинул салон автомобиля, вынув из замка ключ зажигания.
Выверните свечи и установите компрессометр в свечное отверстие первого цилиндра (см. рис. 3.5)
Рис. 3.5. Для определения ВМТ поршня цилиндра № 1 такта сжатия компрессометр установите в свечное отверстие цилиндра № 1
(прибор с резьбовым наконечником и гибким шлангом длиной сантиметров пятнадцать использовать предпочтительнее).
Проворачивайте коленвал по часовой стрелке до тех пор, пока стрелка манометра не начнет подниматься, указывая на такт сжатия
После того как такт сжатия начался, ппршень цилиндра № 1 надо установить в наивысшее положение, что и будет соответствовать его ВМТ.
Продолжайте проворачивать коленвал до тех пор, пока метка на демпфере коленвала не совпадет с цифрой «О» (ВМТ) на крышке привода ГРМ (см. рис. 3.8).
Рис. 3.8. Совместите метку на демпфере коленвала с отметкой «О» на шкале на крышке цепи привода ГРМ
В этой точке поршень цилиндра № 1 находится в ВМТ такта сжатия. Если же метки совпали, а компрессии нет, то это означает, что поршень находится в ВМТ такта выпуска. Сделайте еще один полный (360°) оборот коленвала.
Примечание. Если компрессометр недоступен, можно вставить какой-нибудь тупой предмет в свечное отверстие № 1 и затем, по мере проворачивания коленвала, определить начало такта сжатия по шипению выходящего воздуха. Оставшаяся часть процедуры идентична вышеописанной.
Заключение
После того как поршень № 1 будет установлен в ВМТ такта сжатия, остальные поршни можно поочередно установить в это же положение, проворачивая коленвал всякий раз еще на 180°, в соответствии с порядком зажигания (см. Спецификации). Например, провернув коленвал на 1 80° (от ВМТ поршня цилиндра № 1), ВМТ такта сжатия займет поршень цилиндра № 3.
Смотрите видео: ВМТ Верхняя мертвая точка и НМТ в двигателе внутреннего сгорания
Такт сжатия бензинового двигателя
Рабочий цикл карбюраторного четырехтактного двигателяРассмотрим подробно каждый такт цикла.
Такт впуска
Поршень 4 движется от в.м.т. к н.м.т. Над ним в полости цилиндра 1 создается разрежение. Впускной клапан 6 при этом открыт, цилиндр через впускную трубу 7 и карбюратор 8 сообщается с атмосферой. Под влиянием разности давлений воздух устремляется в цилиндр. Проходя через карбюратор, воздух распыливает топливо и, смешиваясь с ним, образует горючую смесь, которая поступает в цилиндр. Заполнение цилиндра 1 горючей смесью продолжается до прихода поршня в н.м.т. К этому времени впускной клапан закрывается.
Такт сжатия
При дальнейшем повороте коленчатого вала 10 поршень движется от н.м.т. к в.м.т. В это время впускной 6 и выпускной 3 клапаны закрыты, поэтому поршень сжимает находящуюся в цилиндре рабочую смесь. В такте сжатия составные части рабочей смеси хорошо перемешиваются и нагреваются. В конце такта сжатия между электродами свечи 5 возникает электрическая искра, от которой рабочая смесь воспламеняется. В процессе сгорания топлива выделяется большое количество теплоты, давление и температура газов повышаются.
Такт расширения
Оба клапана закрыты. Под давлением расширяющихся газов поршень движется от в.м.т. к н.м.т. (рисунок в) и при помощи шатуна 9 вращает коленчатый вал 10, совершая полезную работу.
Такт выпуска
Когда поршень подходит к н.м.т., открывается выпускной клапан 3 и отработавшие газы под действием избыточного давления начинают выходить из цилиндра в атмосферу через выпускную трубу 2. Далее поршень движется от н.м.т. к в.м.т. (рисунок г) и выталкивает из цилиндра отработавшие газы.
Далее рабочий цикл повторяется.
Рабочий цикл четырехтактного дизеляРисунок. Рабочий цикл одноцилиндрового четырехтактного карбюраторного двигателя:
а — такт впуска; б — такт сжатия; в — такт расширения; г — такт выпуска; 1 — цилиндр, 2 — выпускная труба; 3 — выпускной клапан; 4 — поршень; 5 — искровая зажигательная свеча; 6 — впускной клапан; 7 — впускная труба; 8 — карбюратор; 9 — шатун; 10 — коленчатый вал.
В отличие от карбюраторного двигателя в цилиндр дизеля воздух и топливо вводятся раздельно.
Такт впуска
Поршень движется от в.м.т. к н.м.т. (рисунок а), впускной клапан открыт, в цилиндр поступает воздух.
Такт сжатия
Оба клапана закрыты. Поршень движется от н.м.т. к в.м.т. (рисунок б) и сжимает воздух. Вследствие большой степени сжатия (порядка 14…18) температура воздуха становится выше температуры самовоспламенения топлива.
Рисунок. Рабочий цикл одноцилиндрового четырехтактного дизеля: а — такт впуска; б — такт сжатия; в — такт расширения; г — такт выпуска
В конце такта сжатия при положении поршня, близком к в.м.т., в цилиндр через форсунку начинает впрыскиваться жидкое топливо. Устройство форсунки обеспечивает тонкое распыливание топлива в сжатом воздухе.
Топливо, впрыснутое в цилиндр, смешивается с нагретым воздухом и оставшимися газами, образуется рабочая смесь. Большая часть топлива воспламеняется и сгорает, давление и температура газов повышаются.
Такт расширения
Оба клапана закрыты. Поршень движется от в.м.т. к н.м.т. (рисунок в). В начале такта расширения сгорает остальная часть топлива.
Такт выпуска
Выпускной клапан открывается. Поршень движется от н.м.т. к в.м.т. (рисунок г) и через открытый клапан выталкивает отработавшие газы в атмосферу.
Далее рабочий цикл повторяется.
У описанных двигателей в течение рабочего цикла только в такте расширения поршень перемещается под давлением газов и посредством шатуна приводит коленчатый вал во вращательное движение. При выполнении остальных тактов — выпуске, впуске и сжатии — нужно перемещать поршень, вращая коленчатый вал. Эти такты являются подготовительными и осуществляются за счет кинетической энергии, накопленной маховиком в такте расширения. Маховик, обладающий значительной массой, крепят на конце коленчатого вала.
Дизель по сравнению с карбюраторным двигателем имеет следующие основные преимущества:
- на единицу произведенной работы расходуется в среднем на 20…25 % (по массе) меньше топлива
- работа на более дешевом топливе, которое менее пожароопасно
Недостатки дизеля:
- более высокое давление газов в цилиндре требует повышенной прочности деталей, а это приводит к увеличению размеров и массы дизеля
- пуск его затруднен, особенно в зимнее время
Хорошие экономические показатели дизелей обусловили их широкое применение в качестве двигателей для тракторов, грузовых и легковых автомобилей.
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.Устройство двигателя современного
автомобиля, устройство систем и механизмов
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.Как устроен простейший двигатель?
Устройство двигателя для детей
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.
Автолюбители должны хотя бы в общих чертах знать, как устроен и работает двигатель. В большинстве автомобилей установлен четырехтактный четырехцилиндровый мотор. Давайте рассмотрим рабочий цикл четырехтактного двигателя. Далеко не все знают, какие процессы происходят, когда автомобиль находится в движении.
Общий принцип действия
Двигатель работает следующим образом. В камеру сгорания попадает топливная смесь, далее она сжимается под воздействием поршня. После этого смесь воспламеняется. Это приводит к расширению продуктов сгорания, они давят на поршень и выходят из цилиндра.
В двухтактных двигателях один оборот коленчатого вала совершается в два такта. Четырехтактный поршневой двигатель совершает рабочий цикл за два оборота коленчатого вала. Двигатели оснащаются ГРМ. Что это за механизм? Это элемент, который позволяет впускать топливную смесь в камеры и выпускать оттуда продукты сгорания. Обмен газов осуществляется в момент отдельного оборота коленчатого вала. Газообмен происходит за счет движения поршня.
История
Первое устройство, напоминающее четырехтактный мотор, изобрели Феличче Матоци и Евгений Барсанти. Но данное изобретение невероятным образом утеряли. Лишь в 1861 году похожий агрегат запатентовали.
А первый пригодный к использованию двигатель разработал инженер из Германии Николаус Отто. Мотор получил имя изобретателя, а рабочий цикл четырехтактного двигателя также носит имя этого инженера.
Основные отличия четырехтактных моторов
В двухтактном двигателе поршневые и цилиндровые пальцы, коленчатый вал, подшипники и компрессионные кольца смазываются за счет масла, которое доливают в топливо. В четырехтактном моторе все узлы установлены в масляной ванне. Это существенное отличие. Поэтому в четырехтактном агрегате нет необходимости смешивать масла и бензин.
Преимущества системы заключаются в том, что на зеркале в цилиндрах и на стенках глушителя количество нагара значительно меньше. Еще одно отличие – в двухтактных двигателях в выхлопную трубу попадает горючая смесь.
Работа двигателя
Вне зависимости от типа мотора, принцип его работы аналогичен. Сегодня существуют карбюраторные моторы, дизельные, инжекторные. Во всех моделях происходит один и тот же рабочий цикл четырехтактного двигателя. Давайте подробно рассмотрим, какие же процессы работают внутри мотора и заставляют его приходить в движение.
Четырехтактный цикл – это последовательность из четырех рабочих тактов. За начало обычно принимается такт, когда в камеры сгорания попадает горючая смесь. Хоть за время его течения в двигателе проходят и другие действия, обозначаемый такт – это один рабочий процесс. К примеру, такт сжатия – это не только сжатие. В этот период смесь перемешивается в цилиндрах, начинается формирование газа, она воспламеняется.
То же самое можно сказать и о других этапах работы двигателя. Самое важное здесь то, что разные процессы для лучшего понимания и упрощения рабочего цикла четырехтактного двигателя раскладывают лишь на четыре такта.
Впуск
Итак, в камере сгорания силового агрегата циклы преобразований энергии начинаются с реакции горения топливной смеси. При этом поршень находится в самой верхней своей точке (положение ВМТ), а затем движется вниз. В результате в камере сгорания двигателя возникает разрежение. Под его воздействием горючая жидкость всасывает топливо. Впускной клапан при этом находится в открытом положении, а выпускной закрыт.
Когда поршень начинает движение вниз, то над ним увеличивается объем. Это и вызывает разрежение. Оно составляет примерно 0,071-0,093 МПа. Таким образом, в камеру сгорания попадает бензин. В инжекторных двигателях топливо впрыскивается форсункой. После поступления смеси в цилиндр ее температура может составлять 75 до 125 градусов.
То, как сильно цилиндр будет заполнен топливной смесью, определяют по коэффициентам заполнения. Для двигателей с карбюраторной системой питания данный показатель составит от 0,64 до 0,74. Чем выше значение коэффициента, тем более мощный мотор.
Сжатие
После заполнения камеры сгорания горючей смесью бензиновых паров и воздуха, если коленвал производит вращательные движения, поршень начнет возвращаться в свое нижнее положение. Впускной клапан на данном этапе начнет закрываться. А выпускной будет все еще закрыт.
Рабочий ход
Это третий такт рабочего цикла четырехтактного двигателя внутреннего сгорания. Он самый важный в работе силового агрегата. Именно на данном этапе работы двигателя энергия от сгорания топлива преобразуется в механическую, заставляющую вращаться коленчатый вал.
Когда поршень находится в позиции, близкой к ВМТ, еще в процессе сжатия топливная смесь принудительным образом воспламеняется от свечи зажигания двигателя. Топливный заряд сгорает очень быстро. Еще до начала этого такта сгоревшие газы имеют максимальное значение давления. Эти газы являются рабочим телом, сжатым в небольшом объеме камеры сгорания двигателя. Когда поршень начнет двигаться вниз, газы начинают интенсивно расширяться, высвобождая энергию.
Среди всех тактов рабочего цикла четырехцилиндрового двигателя именно этот самый полезный. Он функционирует на нагрузку агрегата. Только на этом этапе коленвал получает разгонное ускорение. Во всех прочих мотор не вырабатывает энергию, а потребляет ее от того же коленчатого вала.
Выпуск
После совершения газами полезной работы они должны выйти из цилиндра, чтобы освободилось место для новой порции горюче-воздушной смеси. Это последний такт в рабочем цикле четырехтактного двигателя.
Газы на этом этапе находятся под давлением, существенно превышающем атмосферное. Температура к концу такта снижается примерно до 700 градусов. Коленвал посредством шатуна двигает поршень к ВМТ. Далее открывается выпускной клапан, газы выталкиваются в атмосферу через выхлопную систему. Что касается давления, то оно высокое только в самом начале. В конце такта оно снижается до 0,120 МПа. Естественно, полностью избавиться от продуктов сгорания в цилиндре невозможно. Поэтому они при следующем такте впуска смешиваются с топливной смесью.
Порядок работы
Описанные этапы составляют рабочий цикл четырехтактного бензинового двигателя. Нужно понимать, что каких-либо строгих соответствий между тактами и процессами в поршневых двигателях нет. Это легко объяснить тем, что при эксплуатации силового агрегата фазы газораспределительного механизма и то, в каком состоянии находятся клапаны, будет накладываться на движения поршней в различных моторах совершенно по-разному.
В любом цилиндре рабочий цикл четырехтактного карбюраторного двигателя протекает именно таким образом. Каждая камера сгорания в двигателе нужна для вращения единственного коленчатого вала, воспринимающего усилие от поршней.
Это чередование называют порядком работы. Такой порядок задается на этапе конструирования силового агрегата через особенности распределительного и коленчатого валов. Он не изменяется в процессе эксплуатации механизма.
Реализация порядка работы осуществляется чередованием искр, которые поступают на свечи от системы зажигания. Так, четырехцилиндровый мотор может работать в следующих порядках – 1, 3, 4, 2 и 1, 2, 4, 3.
Узнать порядок, в котором работают цилиндры двигателя, можно из инструкции к автомобилю. Иногда порядок работы указан на корпусе блока.
Вот как протекает рабочий цикл четырехтактного карбюраторного двигателя или любого другого. Система питания никак не влияет на принцип действия агрегата. Разница лишь в том, что карбюратор – это механическая система питания, имеющая определенные недостатки, а в случае с инжекторами этих недостатков в системе нет.
Дизельные моторы
Рабочий цикл четырехтактного дизельного двигателя – это такая же последовательность процессов, как и цикл карбюраторного мотора. Разница состоит в том, как протекает цикл, а также в различиях процессов образования смеси и воспламенения.
Такт впуска на дизеле
При движении поршня по направлению вниз газораспределительный механизм открывает впускной клапан. В камеру сгорания попадает определенное количество воздуха. Температура в цилиндре при этом составляет примерно 80 градусов. В дизельных двигателях система питания значительно отличается от бензиновых карбюраторных моторов. Например, гидравлическое сопротивление в них ниже, а давление немного повышается.
Такт сжатия в дизельном двигателе
На данном этапе работы поршень в камере сгорания идет по направлению вверх к ВМТ. Оба клапана в двигателе автомобиля находятся в закрытом состоянии. В результате работы поршня воздух в цилиндре сжимается. Степень сжатия в дизельном двигателе более высокая, чем в бензиновых моторах, а давление внутри цилиндра может достигать 5 МПа. Сжатый воздух существенно нагревается. Температуры могут достигать 700 градусов. Это нужно, чтобы воспламенилось топливо. Оно на дизельных моторах подается через форсунки, установленные на каждом цилиндре. В зимнее время в работе участвуют свечи накаливания. Они предварительно подогревают холодную смесь. Таким образом мотор легче запускается в зимнее время. Но такая система есть не на всех авто.
Такт расширения газов в дизельном двигателе
Когда поршень дизельного двигателя еще не дошел до верхней точки примерно на 30 градусов по коленвалу, ТНВД через форсунку подает в цилиндр топливо под высоким давлением. Значение в 18 МПа необходимо, чтобы горючее могло тонко распыляться и распределиться по всему объему в цилиндре.
Далее топливо под действием высоких температур воспламеняется и быстро сгорает. Поршень движется к нижней точке. Температура внутри цилиндра в этот момент составляет около 2000 градусов. К концу такта температура снижается.
Выпуск в дизельном двигателе
На этом этапе выпускной клапан открыт, поршень движется к верхней точке. Из цилиндра принудительно удаляются продукты сгорания. Далее они идут на выпускной коллектор. После этого в работу включается каталитический нейтрализатор. Газы, проходя через него под высокой температурой, очищаются. В атмосферу уже выходит чистый, безвредный газ. На дизельных автомобилях дополнительно установлен сажевый фильтр. Он также способствует очистке газов.
Заключение
Мы подробно разобрали, как осуществляется рабочий цикл четырехтактного двигателя (проходит за два оборота коленчатого вала силовой установки). А сам цикл включает в себя много разных процессов.
ВМТ — Верхняя мертвая точка
Верхняя мёртвая точка (она же ВМТ) — это наивысшая точка, в которой поршень может находиться относительно оси коленвала. Но так как двигатели могут иметь разную конструкцию и расположение, самым корректным будет определение, что ВМТ это “положение поршня, в котором любая его точка находится на максимальном расстоянии от оси вращения коленчатого вала”.
Проходя рабочий цикл поршень дважды попадает в ВМТ — в конце тактов сжатия и выпуска. По умолчанию за ВМТ принимается положение поршня в конце такта сжатия.
Рабочий цикл поршня
Зачем нужна ВМТ
Чтобы двигатель работал правильно, все его детали должны работать относительно друг друга в определенной последовательности. Когда поршень в первом цилиндре выставляют в ВМТ, клапаны этого цилиндра в этот момент закрыты. Именно таким образом все фазы газораспределения выставлены правильно.
Установка поршня в ВМТ — основная процедура для большинства работ по ремонту и настройке двигателей.
Когда нужно определять
Установка поршня цилиндра в ВМТ используется при процедуре определения угла опережения зажигания, замене ремня и/или шкивов ГРМ, регулировке зазора в механизме привода клапанов.
Также она необходима при регулировке фаз газораспределения (углов открытия и закрытия впускных и выпускных клапанов, углов опережения подачи, углов открытия пусковых клапанов и золотников управления пуском).
Эта процедура обязательно проводится при ремонтах двигателя с его разборкой (например, при капитальном ремонте).
Как определяется ВМТ
По умолчанию установка ВМТ производится для поршня первого цилиндра. Для этого используются метки на корпусе двигателя и метки на шкивах коленчатого и распределительного валов. Также есть метки ВМТ на маховике, а в дизельном двигателе часто и на ТНВД. Если метки не совпадают, то нужно аккуратно прокрутить коленвал ключом по часовой стрелке.
Метка для выставления ВМТ на маховике
Метка для ВМТ на шкиве распредвала
Что будет если ВМТ установлена неправильно
Когда поршень первого цилиндра правильно установлен в ВМТ такта сжатия, клапаны этого цилиндра полностью закрыты. В это время второй и третий цилиндры находятся в НМТ (нижней мертвой точке), а их клапаны полностью открыты.
Поэтому если установить ВМТ неправильно, то нарушатся фазы газораспределения и двигатель будет работать неправильно. При сильном нарушении машина не будет заводиться. Если поршень установлен с небольшим отклонением от ВМТ, то двигатель будет работать нестабильно: уменьшается его мощность, появляются стуки, вибрация, повышенный расход топлива, ускоренный износ элементов цилиндро-поршневой группы и слабая реакция на педаль газа.
Как выставить ВМТ
Проверка ВМТ первого цилиндра компрессометром
Установка поршня в ВМТ происходит по меткам. Медленно проворачиваем коленвал, только по часовой стрелке и только за болт крепления коленвала.
Когда метка на шкиве коленвала совпадет с меткой на задней крышке ремня привода распредвала, а метка на шкиве распредвала совпадет с меткой на корпусе блока цилиндров, поршень находится в ВМТ.
Для того, чтобы убедиться в том, что поршень установлен в верхней мертвой точке именно на такте сжатия, нужно вывернуть свечу и вставить туда компрессометр. Повышение давления укажет на такт сжатия. Если метки совпали, а давление не растет, значит поршень находится в конце такта выпуска и нужно аккуратно вручную провернуть коленвал еще на полный оборот в 360°. Если нет возможности использовать компрессометр, то можно использовать любой тупой предмет, который перекроет свечное отверстие и позволит услышать шипение выходящего воздуха.
Связанные термины
Ход сжатия — Как работают двухтактные двигатели
Теперь импульс в коленчатом валу начинает толкать поршень обратно к свече зажигания для хода сжатия . Когда воздушно-топливная смесь в поршне сжимается, в картере создается разрежение . Этот вакуум открывает пластинчатый клапан и всасывает воздух / топливо / масло из карбюратора .
Как только поршень доходит до конца такта сжатия, свеча зажигания снова зажигается, чтобы повторить цикл.Это называется двухтактным двигателем, потому что имеется ход сжатия , а затем ход сгорания . В четырехтактном двигателе есть отдельные такты впуска, сжатия, сгорания и выпуска.
Вы можете видеть, что поршень действительно выполняет три разные функции в двухтактном двигателе:
- На одной стороне поршня находится камера сгорания , где поршень сжимает топливно-воздушную смесь и захватывает энергия, выделяемая при воспламенении топлива.
- С другой стороны от поршня находится картер , где поршень создает разрежение для всасывания воздуха / топлива из карбюратора через пластинчатый клапан, а затем нагнетает давление в картере, так что воздух / топливо принудительно попадают в зону сгорания. камера.
- Между тем стороны поршня действуют как клапаны , закрывая и открывая впускные и выпускные отверстия, просверленные в боковой стенке цилиндра.
Очень приятно видеть, как поршень выполняет столько разных вещей! Вот что делает двухтактные двигатели такими простыми и легкими.
Если вы когда-либо использовали двухтактный двигатель, вы знаете, что вам нужно смешать специальное масло для двухтактных двигателей с бензином. Теперь, когда вы понимаете двухтактный цикл, вы понимаете, почему. В четырехтактном двигателе картер полностью отделен от камеры сгорания, поэтому вы можете заполнить картер тяжелым маслом для смазки подшипников коленчатого вала, подшипников на обоих концах шатуна поршня и стенки цилиндра. С другой стороны, в двухтактном двигателе картер служит камерой давления для нагнетания воздуха / топлива в цилиндр, поэтому он не может удерживать густое масло.Вместо этого вы смешиваете масло с газом, чтобы смазывать коленчатый вал, шатун и стенки цилиндра. Если вы забудете добавить масло, двигатель не прослужит долго!
Термодинамика двигателя автомобиля № 3 — Ход сжатия
Добро пожаловать в часть 3 серии обучающих программ по термодинамике двигателей. В этом выпуске все о СЖАТИИ!
Что такое ход сжатия?
Такт сжатия происходит после завершения такта впуска.Цилиндр теперь заполнен воздухом после такта впуска, а поршень находится в нижней мертвой точке (НМТ). Во время такта сжатия поршень начинается с НМТ и движется вверх, в то время как впускной и выпускной клапаны остаются закрытыми. Топливно-воздушная смесь сжимается, вызывая повышение температуры и давления в цилиндре. Такт сжатия завершается, когда поршень достигает верхней мертвой точки (ВМТ). Отношение объема цилиндра в ВМТ к объему в НМТ называется коэффициентом сжатия двигателя, важным и широко известным показателем.
Если бы такт сжатия не присутствовал, например, в двигателе Ленуара, давление на 2-3 такте на диаграмме Отто не увеличивалось бы. Скорее он просто сдвинется влево и уменьшит объем цилиндра при постоянном давлении.
ПОЧЕМУ повышенная степень сжатия увеличивает тепловой КПД и мощность двигателя?
Степень сжатия в теоретическом адиабатическом процессе равна «степени расширения». Степень расширения в основном такая же, как и степень сжатия, но происходит во время рабочего такта, а не такта сжатия.Почему они равны? Что ж, объем цилиндра, размер поршня или форма коленчатого вала и головок цилиндров никогда не меняются после сборки двигателя, поэтому, если цилиндр был 0,5 литра, когда поршень двигался вверх, он все равно будет таким, когда цилиндр движется вниз. Рабочий ход отвечает за выполнение работы (мощность включения), а больший коэффициент расширения позволяет выполнять больше работы за один ход. Таким образом, цель состоит в том, чтобы максимально увеличить степень расширения для данного количества топлива.Поскольку степень расширения (в теоретической системе) равна степени сжатия, все, что нам нужно сделать, это увеличить степень сжатия. Легкий!
Вот почему рабочий ход дает мощность:
Если V2 = V1, то объем выполненной работы меньше. Из-за этого меньшего объема работы двигатель Ленуара выдавал всего 2 лошадиных силы при 18 литрах рабочего объема.
Если вы освежите свои математические навыки, по формуле легко увидеть, что увеличение разницы в V2 и V1 увеличит объем проделанной работы.Это различие между V1 и V2 мы выражаем как «степень расширения» или «степень сжатия».
Другая причина, по которой более высокая степень сжатия более эффективна, заключается в том, что она приводит к увеличению адиабатической температуры пламени или пиковой температуре пламени для данного количества топлива. Это означает, что вы получаете более высокую температуру на галлон газа. Бензиновый двигатель — это разновидность «теплового двигателя», что означает, что разница в температуре — это то, что на самом деле производит работу. Чем выше температура, тем больше тепла доступно для работы.
Более высокая степень сжатия также приводит к тому, что пламя горит быстрее, потому что пламя распространяется быстрее при высоком давлении, чем при низком. Пламя, которое может гореть быстрее, делает процесс горения более идеальным и требует меньшего опережения зажигания. Мы поговорим об этом подробнее в следующем разделе.
Если сильное сжатие настолько велико, почему не все делают это?
Чем выше степень сжатия, тем больше тепла в цилиндре с каждым тактом сжатия.С точки зрения эффективности это хорошо, но с точки зрения расхода топлива это может быть плохо. Если температура в цилиндре достаточно высокая, топливно-воздушная смесь в цилиндре после такта впуска может самовоспламеняться, что называется искровым детонацией, преждевременным зажиганием или звоном. Поскольку топливо воспламеняется само по себе, без точного времени зажигания свечи зажигания, процесс сгорания, вероятно, будет происходить в неидеальное время и приведет к плохой термодинамической эффективности. Скорее всего, процесс сгорания произойдет слишком рано и создаст давление, пока цилиндр все еще пытается завершить такт сжатия, а не во время рабочего такта.Это заставляет энергию топлива работать против двигателя, а не на него. Эта проблема ограничивает степень сжатия и создает потребность в высокооктановом топливе. Высокооктановое топливо имеет более высокие температуры самовоспламенения, что помогает предотвратить преждевременное воспламенение. Мы обсудим это подробнее в следующей части.
Двигатели с более высокой степенью сжатия также требуют более мощных компонентов двигателя. Более высокие давления и температуры требуют более толстых головок цилиндров, поршней, шатунов, коленчатых валов и т. Д., Что увеличивает стоимость и вес.Тяжелые вращающиеся узлы в двигателе также снижают отзывчивость двигателя.
Существуют также меньшие отрицательные воздействия на высокие степени сжатия, которые менее значительны. Например, двигатель с высокой степенью сжатия имеет большее пиковое давление в цилиндре, поэтому для запуска двигателя и преодоления пикового давления в цилиндре требуются более мощный стартер и аккумулятор. Более густые моторные масла могут также потребоваться для обеспечения необходимой защиты внутренних деталей двигателя, а более густые моторные масла снизят эффективность двигателя из-за увеличения потерь на трение.Также могут потребоваться более дорогие выпускные клапаны, способные выдерживать более высокие температуры воспламенения. Высокая степень сжатия также может препятствовать использованию в двигателе некоторых конструкционных материалов, таких как алюминий, и вместо этого требовать материалов, более прочных при более высоких температурах, таких как сталь. Это увеличит затраты на обработку во время строительства и увеличит вес двигателя.
В конце концов, это баланс между производительностью и эффективностью по сравнению с затратами производителя и расходами на топливо.
Что я могу сделать с новыми знаниями?
Плохая новость в том, что после того, как двигатель построен, вы не сможете легко изменить степень сжатия. Однако есть задачи по обслуживанию, которые вы можете выполнить, чтобы поддерживать степень сжатия в нужном месте.
Если вам когда-либо понадобится заменить прокладку головки блока цилиндров, убедитесь, что вы используете прокладку правильной толщины. Более тонкая прокладка головки будет перемещать головку блока цилиндров ближе к блоку двигателя, что уменьшает паровое пространство над поршнем в верхней части его хода.Это увеличивает степень сжатия. Кроме того, накопление углерода в камере сгорания увеличивает степень сжатия, поскольку уменьшает объем в верхней части хода поршня (V2, упомянутый выше). Самый простой способ проверить наличие нагара — снять свечу зажигания и посмотреть на нее. По этой причине увеличивается накопление углерода и вызывается преждевременное воспламенение.
Износ поршневых колец, негерметичность седла клапана или негерметичная головка цилиндра уменьшают пиковое давление и температуру в цилиндре. Для идеального газа (упомянутого в части 1) давление и температура связаны.Если цилиндр протекает во время хода, снижение давления также приведет к снижению температуры. Поскольку это тепловой двигатель, снижение температуры или давления уменьшит работу, выполняемую цилиндром. Глядя на диаграмму цикла Отто, изобразите давление в точках 3 и 4, движущихся вниз, так как давлению позволили выйти из цилиндра. Это уменьшает работу, выполняемую во время рабочего хода.
Хорошая новость в том, что если вы создаете новый движок, существует множество уловок для управления степенью сжатия и его эффектами.Создание двигателя с более высокой степенью сжатия кажется довольно простым процессом, но есть важные детали и нововведения, которые мы можем использовать для оптимизации процесса сжатия. Есть также несколько настроек, которые мы можем сделать, чтобы повысить эффективность процесса сжатия. Давайте применим эти знания.
Форма камеры сгорания на головке блока цилиндров является ключевым параметром конструкции для двигателей с высокой степенью сжатия. По мере того, как поршень движется вверх, вы хотите сжимать газ с минимальными потерями на трение.Это достигается за счет создания завихрения в воздухе цилиндра при его сжатии, что снижает потери на трение. Отличным примером является головка блока цилиндров GM Vortec, которая была спроектирована так, чтобы вызывать завихрение при попадании воздуха в цилиндр и его сжатии, что снижает потери на трение. Завихрение также улучшит движение воздуха в цилиндре и уменьшит количество горячих точек, что ограничивает преждевременное зажигание.
Головка блока цилиндров слева от традиционного маслкара первого поколения 60-х или 70-х годов.Головка блока цилиндров справа — это более современная головка Vortec, которая предназначена для создания завихрения при открытии клапанов.
Головка поршня также важна при проектировании двигателя с высокой степенью сжатия. Все современные двигатели имеют впрыск топлива, и поршень с плоской верхней частью не создает правильные воздушные потоки в цилиндре, чтобы гарантировать надлежащее смешивание и сгорание топлива. Из-за этого на верхней части поршня создавалась «зона закалки», позволяющая перемешивать. Однако эта зона гашения также увеличивает паровую зону в ВМТ и снижает степень сжатия двигателя.Также важно пространство, чтобы клапаны открывались и не ударялись о головку поршня. В результате получается поршень, который может иметь вырезы для закалки и клапанов, но приподнятые участки для компенсации и увеличения сжатия. Стандартный малоблочный поршень Chevy (SBC) показан слева, а поршень SBC, предназначенный для более высокого сжатия, показан справа.
Возможно, самый дешевый способ улучшить работу с высокой степенью сжатия (поскольку на самом деле вам не нужно ничего покупать) является полировка камеры сгорания головки блока цилиндров.Полировка камеры сгорания снижает потери на трение от воздушного потока, но, что более важно, снижает температуру горячих точек во время такта сжатия. Отличная аналогия — подержать провод над огнем, а не металлическую пластину, и посмотреть, какая из них быстрее нагревается. При полировке поверхности количество металлических поверхностных частиц, которые выходят в путь потока горячего воздуха, уменьшается, и поверхность металла будет иметь более однородную температуру. Это может обеспечить более высокие степени сжатия для данной топливной смеси (октановое число).Хорошим примером этого является наш Corvette ’76, который был разработан для уличного использования. Он имеет степень сжатия около 10,5, но, используя эти и другие методы, он может легко работать на газе с октановым числом 89 и при этом использовать надлежащую величину опережения зажигания. Высокая степень сжатия увеличивает мощность двигателя и позволяет нам расходовать топливо примерно до двадцати пяти.
Умеренно отполированная камера сгорания головки блока цилиндров SBC
Головка блока цилиндров неотшлифованная, камера сгорания
Для простоты большинство головок цилиндров изготавливаются из железа или алюминия.Часто люди обсуждают преимущества алюминия по сравнению с железом, но почти всегда пренебрегают преимуществами железа по сравнению с алюминием. Железные головки имеют очевидное преимущество, когда речь идет о долговечности и прочности, а также более надежной резьбе для крепления компонентов двигателя (водяной насос, выпускные коллекторы и т. Д.), Но как насчет эффективности?
Мы можем определить, насколько эффективно материал передает тепло, рассчитав «теплопроводность». Теплопроводность — это «количество тепла, передаваемого через единицу толщины материала в направлении, нормальном к поверхности единицы площади — из-за единичного температурного градиента в условиях устойчивого состояния».УДОВОЛЬСТВИЕ… .мы знаем. В системе СИ единицы измерения теплопроводности — Вт / (м · К), а в британской или английской системе — британские тепловые единицы / (час фут ° F).
В любом случае, алюминий имеет теплопроводность примерно 205 Вт / (м · К), в то время как железо имеет проводимость 80 Вт / (м · К), а сталь — ~ 40-15 Вт / (м · К), в зависимости от состава. Это означает, что алюминий намного лучше передает тепло из камеры сгорания во все остальное. Звучит хорошо, но на самом деле это не так. Помните, что это тепловой двигатель, и вся его работа зависит от тепла, производимого двигателем.Если это тепло отводится системой охлаждения, оно бесполезно (и нагружает систему охлаждения). Это касается сжатия и особенно горения. Кроме того, это означает, что больше тепла будет передаваться вашим топливным форсункам, карбюратору и всему, что прикреплено к головке блока цилиндров. Это не так уж плохо для топливных форсунок, но тепло, передаваемое карбюратору, недопустимо и может вызвать нагревание, кипение топлива, образование лака и многое другое. В зависимости от двигателя, по некоторым оценкам, при использовании алюминиевой головки блока цилиндров вместо стальной теряется до 10 лошадиных сил.Но экономия веса по-прежнему значительна и может компенсировать это. В конце концов, это зов дизайнера.
Хотите попробовать вычислить степень сжатия вашего двигателя? Это просто! Просто воспользуйтесь нашим быстрым онлайн-калькулятором, который находится на нашей странице автомобильных формул.
Мы надеемся, что вам понравилась третья часть серии обучающих программ по термодинамике двигателей!
Прочтите следующую главу, чтобы узнать о процессе горения и его значении для вас!
LEFTLANEBRAIN
Обычные мозги Держите правее! ©
Как отличить такт выпуска от такта сжатия? — Мворганизация.org
Как отличить такт выпуска от такта сжатия?
Ход сжатия происходит после закрытия впускного клапана. Такт выпуска происходит при открытом выпускном клапане. Просто подумайте о том, как работает двигатель, и посмотрите и на клапаны, и на поршень.
Как определить положение поршня?
Положение поршняможет быть определено по углу поворота коленчатого вала от верхней мертвой точки, зная ход двигателя, длину шатуна и угол кривошипа.Когда коленчатый вал поворачивается на определенный угол, поршень перемещается на определенное расстояние от верхней мертвой точки.
Как рассчитать угол поворота коленвала?
Математика / естественные науки
- x = положение поршня.
- r = радиус кривошипа (расстояние между шатунной шейкой и центром кривошипа)
- A = угол поворота коленчатого вала (от центральной линии отверстия цилиндра в ВМТ)
- l = длина штока (расстояние между поршневым пальцем и кривошипным пальцем)
Как измерить радиус кривошипа?
R = 1 / а.Окончательная форма модели Slider-Crank задается как безразмерная взаимосвязь путем деления обеих частей уравнения (6) на Vd.
Какой угол поворота коленвала?
Существительное. угол поворота коленчатого вала (множественные углы поворота коленчатого вала) (двигатели) Угол поворота коленчатого вала, измеренный от положения, в котором поршень находится в своей наивысшей точке, известной как верхняя мертвая точка (ВМТ).
Как работает штокер?
Строкер-комплект увеличивает рабочий объем двигателя за счет удлинения хода поршня.Шейки коленчатого вала удлиняются на заданное расстояние в зависимости от степени увеличения хода. Увеличение высоты цапфы увеличивает длину хода вдвое.
Какое наилучшее соотношение штанги к ходу?
Мы слышим, что многие производители двигателей стремятся к соотношению между 1,5: 1 и 1,8: 1 для уличных двигателей, при этом 1,75: 1 считается идеальным, независимо от области применения. Наиболее совершенные четырехтактные двигатели в мире — двигатели Формулы 1 и мотоциклы — имеют передаточное число более 2: 1.
Турбулентность во время такта сжатия — Исследовательский информационный портал VTT
TY — GEN
T1 — Турбулентность во время такта сжатия
AU — Antila, Eero
AU — Nuutinen, Mika
AU — Kaario, Ossi 900-11
2013
Y1 — 2013
N2 — Обычно моделирование сгорания дизельного топлива начинается с нижняя мертвая точка перед горением. Начальные значения давление и температура взяты из экспериментальных результаты или 1D-моделирование.В качестве начальных значений турбулентности (k и?), некоторая корреляция, моделирование всасываемого потока или используются только лучшие практики. Все эти ценности инициализирован как постоянный для всего объема моделирования. В предыдущем исследовании моделирование входного канала было сделано. Авторы обнаружили, что значения уровня турбулентности в ВМТ были другими, если моделировался такт впуска или если средние значения были инициализированы в IVC. В этом paper моделируются три различных двигателя. Для каждого такты впуска и сжатия двигателя смоделированы для получить максимально возможное знание о реальной турбулентности ценности.По этим результатам средние значения p, T, k, ? и число завихрений в IVC фиксируются и используются как начальные значения моделирования сжатия. Наконец лучше описан метод инициализации значений турбулентности и протестировано
AB — Обычно моделирование сгорания дизельного топлива начинается с нижняя мертвая точка перед горением. Начальные значения давление и температура взяты из экспериментальных результаты или 1D-моделирование. В качестве начальных значений турбулентности (k и?), некоторая корреляция, моделирование всасываемого потока или используются только лучшие практики.Все эти ценности инициализирован как постоянный для всего объема моделирования. В предыдущем исследовании моделирование входного канала было сделано. Авторы обнаружили, что значения уровня турбулентности в ВМТ были другими, если моделировался такт впуска или если средние значения были инициализированы в IVC. В этом paper моделируются три различных двигателя. Для каждого такты впуска и сжатия двигателя смоделированы для получить максимально возможное знание о реальной турбулентности ценности. По этим результатам средние значения p, T, k, ? и число завихрений в IVC фиксируются и используются как начальные значения моделирования сжатия.Наконец лучше описан метод инициализации значений турбулентности и протестировано
M3 — Статья конференции в материалах
BT — База данных технических документов CIMAC
T2 — 27-й Всемирный конгресс CIMAC по технологии двигателей внутреннего сгорания
Y2 — 13 мая 2013 г. — 16 мая 2013 г.
ER —
Как найти верх Мертвая точка
Есть много причин, по которым вам может понадобиться найти верхнюю мертвую точку двигателя. Верхняя мертвая точка — это точка, когда поршень цилиндра номер один в двигателе находится в своей наивысшей точке и на такте сжатия четырехтактного цикла двигателя.Будь то простая задача, такая как установка дистрибьютора, или более важная задача, такая как окончательная сборка двигателя, поиск верхней мертвой точки является важной задачей, которая обычно довольно проста при использовании правильных инструментов и знаний. .
В этом пошаговом руководстве вы увидите два разных метода определения верхней мертвой точки двигателя. В первом методе мы сосредоточимся на двигателях, у которых есть легкодоступный цилиндр с одним отверстием для свечи зажигания; Во втором методе мы сосредоточимся на двигателях, у которых отверстие для свечи зажигания в одном цилиндре затруднено, например, во многих четырехцилиндровых двигателях или двигателях с верхним расположением распредвала.
Метод 1 из 2: Определение верхней мертвой точки для двигателей с легкодоступным отверстием для свечи зажигания
Необходимые материалы
Шаг 1. Снимите свечу зажигания с цилиндра номер один . Снимите свечу зажигания с цилиндра номер один двигателя с помощью храпового механизма и свечи зажигания.
- Совет : Цилиндр номер один обычно находится ближе всего к передней части двигателя или к передней левой части, если двигатель V8.См. Диаграмму выше. Если вы не уверены, какую свечу зажигания снимать, обратитесь к руководству по обслуживанию, чтобы убедиться, что снята правильная свеча зажигания. Если будет удалена неподходящая свеча зажигания, двигатель не будет установлен в положение верхней мертвой точки.
Шаг 2: Найдите шкив коленчатого вала / гармонический балансир . Найдите шкив коленчатого вала, также называемый гармоническим балансиром. Обычно это самый большой шкив, часто расположенный в центре нижней части двигателя.
Ищите установочные метки на шкиве и маркер, с помощью которого их можно совместить, обычно они расположены на блоке двигателя или передней крышке.
- Совет : Если у вас возникли проблемы с поиском шкива и / или временных меток, используйте фонарик, чтобы осветить область.
Шаг 3: Закройте отверстие для свечи зажигания . Попросите помощника приложить палец к отверстию для свечи зажигания в верхней части цилиндра, максимально закрывая его. Продолжайте поддерживать уплотнение на этапе 4.
Шаг 4: Проверните шкив коленчатого вала на . Проверните шкив коленчатого вала вручную с помощью трещотки и головки.Поскольку вы будете поворачиваться против двигателя и всех его принадлежностей, это может потребовать некоторых усилий.
Если двигатель сначала не вращается, приложите немного больше силы или попробуйте повернуть его в обратном направлении.
Продолжайте поворачивать шкив коленчатого вала, пока ваш помощник не почувствует или не услышит, как воздух выходит из цилиндра. Это указывает на то, что цилиндр находится на такте сжатия.
Продолжайте поворачивать коленчатый вал до тех пор, пока нулевая или верхняя мертвая точка на шкиве не совпадет с указателем на двигателе.Для большинства двигателей отметка нуля или верхней мертвой точки будет первой отметкой или будет четко обозначена другим цветом или способом, чем другие отметки на шкиве.
- Примечание : Если вы не уверены, какая отметка указывает на верхнюю мертвую точку вашего двигателя, обратитесь к руководству по обслуживанию, чтобы убедиться, что двигатель повернут в правильное положение.
Шаг 5: Убедитесь, что двигатель находится в положении верхней мертвой точки . Как только метка времени верхней мертвой точки совмещена с меткой на двигателе, двигатель теперь должен находиться в верхней мертвой точке.
Для проверки направьте фонарик в отверстие для свечи зажигания. Вы должны четко видеть верхнюю часть поршня рядом с верхней частью цилиндра.
Метод 2 из 2: Определение верхней мертвой точки для двигателей с верхним расположением распредвала с недоступными отверстиями для свечей зажигания
Необходимые материалы
Шаг 1. Снимите свечу зажигания с цилиндра номер один . Снимите свечу зажигания с цилиндра номер один двигателя с помощью храпового механизма и свечи зажигания.
- Совет : Цилиндр номер один обычно будет ближайшим к передней части двигателя или ближайшим к передней левой части, если двигатель V8. Если вы не уверены, какую свечу зажигания снимать, обратитесь к руководству по обслуживанию, чтобы убедиться, что снята правильная свеча зажигания. Если будет удалена неподходящая свеча зажигания, двигатель не будет установлен в положение верхней мертвой точки.
Шаг 2: Найдите шкив коленчатого вала / гармонический балансир . Найдите шкив коленчатого вала или гармонический балансир.Обычно это самый большой шкив, часто расположенный в центре нижней части двигателя, как и в методе 1.
Затем найдите установочные метки на шкиве и указатель для их совмещения, обычно расположенный на блоке двигателя или передней крышке.
- Совет : Если у вас возникли проблемы с поиском шкива или временных меток, используйте фонарик, чтобы осветить область.
Шаг 3: Снимите крышку клапана двигателя .Большинство крышек клапанов крепятся всего несколькими десятимиллиметровыми болтами. Снимите все болты, стараясь не повредить прокладку при ее снятии, и снимите крышку клапана.
Шаг 4: Найдите установочные метки распределительного вала. После снятия крышки клапана вы должны увидеть распредвал или распредвалы, если это двигатель с двумя верхними распредвалами.
Найдите установочные метки распределительного вала, расположенные на шестернях. Обычно они четко обозначены в виде насечек, булавок или иногда штампованных слов.
- Примечание : Если вы не можете определить свои временные метки, обратитесь к руководству по обслуживанию, чтобы убедиться, что двигатель установлен в правильную верхнюю мертвую точку.
Шаг 5: Проверните шкив коленчатого вала на . Проверните шкив коленчатого вала двигателя с помощью храповика и головки, пока установочные метки на шкиве коленчатого вала и шестернях распределительного вала не совпадут с верхней мертвой точкой.
Обычно метки выравниваются очень определенным образом, когда двигатель достигает верхней мертвой точки, например, они указывают навстречу друг другу или напротив друг друга при правильном выравнивании.Обратитесь к руководству по обслуживанию для получения подробной информации о выравнивании шкивов распределительного вала.
Когда все метки ГРМ совмещены правильно, двигатель находится в верхней мертвой точке.
Учитывая все обстоятельства, установка двигателя в верхнюю мертвую точку является относительно простой процедурой. Однако, если вам неудобно брать на себя эту задачу, профессиональный механик, например, из YourMechanic, сможет предоставить эту услугу.
термодинамика — Энергия, передаваемая поршню в такт сжатия и выпуска?
Использование направлений вроде вверх в этом контексте бессмысленно, потому что вы не определили, как ориентирован поршень.
Во время такта сжатия типичного 4-тактного бензинового двигателя поршень забирает энергию от коленчатого вала. Причина, по которой вся эта схема все еще работает, заключается в том, что вы получаете гораздо больше энергии после переутомления во время силового удара. Сложите общую энергию, передаваемую между поршнем и коленчатым валом за весь цикл (два оборота коленчатого вала), и вы обнаружите, что общая энергия положительна от поршня к коленчатому валу.
Такт выпуска потребляет относительно мало энергии, поскольку теоретически выпускной клапан в это время открыт и требуется небольшое давление для вытеснения выхлопных газов.
Вы пропустили оставшийся ход — впуск. Это также требует немного энергии, поскольку давление в поршне в обычном двигателе в это время отрицательное. Поршень в это время всасывает воздух или топливовоздушную смесь в цилиндр.
Таким образом, такты впуска, сжатия и выпуска забирают некоторую энергию от вращения коленчатого вала, но это более чем компенсируется энергией, передаваемой на коленчатый вал во время рабочего такта. Это также одна из причин, по которой эти двигатели необходимо запускать механически.Прежде чем вы получите первый положительный результат, потребуется как минимум два гребка с лишним расходом энергии. Эта начальная энергия должна подаваться извне путем вращения коленчатого вала, как это делается стартером в вашем автомобиле или вашей рукой, когда вы тянете шнур газонокосилки.
В лучшем случае поршень подает энергию только в 1/4 времени. Вот почему 4 цилиндра — это обычное число для многоцилиндровых двигателей. Один поршень находится на рабочем ходе. Часть этой энергии используется для питания трех других цилиндров, а остальная часть — это мощность двигателя.Больше цилиндров делает работу в целом более плавной. Требуется больше маховика с меньшим количеством цилиндров, особенно когда у вас меньше 4-х цилиндров.
Определение характеристик асимметрии потока во время такта сжатия с использованием PIV вихревой плоскости в оптическом дизельном двигателе малой мощности с геометрией втекающего поршневого стакана 2015-01-1699
Образец цитирования: Zha, K., Busch, S., Miles, P., Wijeyakulasuriya, S. и др., «Определение характеристик асимметрии потока во время такта сжатия с использованием PIV вихревой плоскости в оптическом дизельном двигателе малой мощности с геометрия чаши возвратного поршня », SAE Int.J. Engines 8 (4): 1837-1855, 2015, https://doi.org/10.4271/2015-01-1699.Загрузить Citation
Автор (ы): Кан Чжа, Стивен Буш, Пол К. Майлз, Самира Виджеякуласурия, Саурав Митра, П. К. Сенекал
Филиал: Сандийские национальные лаборатории, Convergent Science, Inc.
Страницы: 19
Событие: Всемирный конгресс и выставка SAE 2015
ISSN: 1946–3936
e-ISSN: 1946–3944
Также в: Международный журнал двигателей SAE-V124-3, Международный журнал двигателей SAE-V124-3EJ
.