4 такта работы двигателя внутреннего сгорания: 4 такта работы ДВС. Основные решения поломок ДВС

Самые частые поломки ДВС	и их основные решения:
— износ деталей цилиндро-поршневой группы	— замена деталей цилиндро-поршневой группы
— разрыв или растяжение привода на распредвал	— замена, правильная установка и регулировка элементов привода ГРМ !!! При заказе деталей учитывайте обстоятельства малой выработки шестерней и направляющих, чтобы ремонт не обошелся еще дороже. !!! Соблюдайте метки при замене цепи, ремня, шестерни или эвольвенты привода ГРМ. Так вы точно правильно выставите положение коленчатого и кулачкового (распределительного) валов двигателя.
— неисправность системы зажигания	— чаще всего замена катушки зажигания или конденсатора распределителя зажигания решают проблему
— поломка топливного насоса	— чаще всего проблему решает замена топливного фильтра или промывка сетки приемника — замена топливного насоса
— нарушение зазоров между элементами	— необходимо отрегулировать зазоры
— заклинивание шатунов, поршней	— ремонт ДВС посредством гильзовки цилиндра/цилиндров, замена цилиндра/цилиндров, замена маслосъемных колец!!! Желательно загильзовывать все цилиндры, в противном случаеесть вероятность изменения геометрии цилиндров полублока
— отсутствие компрессии	— замена компрессионных колец\ поршня или клапанов
— прогар поршня	— замена поршня!!! Соблюдайте правила, прописанные в рукаводстве эксплуатации. Не допускайте прогара поршня, ведь это эксплуатационный дефект

Опубликовано: 18.05.2016

ТАКТЫ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ — это… Что такое ТАКТЫ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ?

ТАКТЫ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

ТАКТЫ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

— отдельные процессы, протекающие в цилиндре за один ход поршня и составляющие полный рабочий цикл двигателя внутреннего сгорания. Например, в четырехтактном двигателе рабочие процессы (всасывание, сжатие, рабочий ход и выхлоп), составляющие рабочий цикл, совершаются за 4 хода поршня, а в двухтактных двигателях за 2 хода. См. также Двигатели внутреннего сгорания.

Самойлов К. И. Морской словарь. — М.-Л.: Государственное Военно-морское Издательство НКВМФ Союза ССР, 1941

.

• ТАКЕЛЬГАРН
• ТАКСИМЕТР

Смотреть что такое «ТАКТЫ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ» в других словарях:

• Поршневой двигатель внутреннего сгорания — 4 тактный цикл двигателя внутреннего сгорания Такты: 1. Всасывание горючей смеси. 2. Сжатие. 3. Рабочий ход. 4. Выхлоп. Двухтактный цикл. Такты: 1. При движении поршня вверх  сжатие топливной смеси в …   Википедия

• Бензиновый двигатель внутреннего сгорания — Бензиновый двигатель W16 Bugatti Veyron Бензиновые двигатели  это класс двигателей внутреннего сгорания, в цилиндрах которых предварительно сжатая топливовоздушная смесь поджигается электрической и …   Википедия

• Двигатель внутреннего сгорания — Схема: Двухтактный двигатель внутреннего сгорания с глушителем …   Википедия

• Объём двигателя — 4 тактный цикл двигателя внутреннего сгорания Такты: 1. Всасывание горючей смеси. 2.Сжатие. 3.Рабочий ход. 4.Выхлоп. Двухтактный цикл. Такты: 1. При движении поршня вверх  сжатие топливной смеси в текущем цикле и всасывание смеси для следующего… …   Википедия

• Поршневой авиационный двигатель — 4 тактный цикл двигателя внутреннего сгорания Такты: 1.Всасывание горючей смеси. 2.Сжатие. 3.Рабочий ход. 4.Выхлоп. Двухтактный цикл. Такты: 1. При движении поршня вверх  сжатие топливной смеси в текущем цикле и всасывание смеси для следующего… …   Википедия

• Четырёхтактный двигатель — Работа четырёхтактного двигателя в разрезе. Цифрами обозначены такты Четырёхтактный двигатель  поршневой двигатель внутреннего сгорания, в котором рабочий процесс в каждом из цилиндров совершается за два оборота коленчатого вала, то есть за… …   Википедия

• Пятитактный роторный двигатель —   роторный двигатель с простым и равномерным вращательным движением главного рабочего элемента и с использованием такого же простого вращательного движения уплотнительных элементов.

  История Впервые такая схема расширительной машины в виде… …   Википедия

• Четырехтактный двигатель — Бензиновые двигатели это класс двигателей внутреннего сгорания, в цилиндрах которых предварительно сжатая топливовоздушная смесь поджигается электрической искрой. Управление мощностью в данном типе двигателей производится, как правило,… …   Википедия

• Четырёхтактный мотор — Бензиновые двигатели это класс двигателей внутреннего сгорания, в цилиндрах которых предварительно сжатая топливовоздушная смесь поджигается электрической искрой. Управление мощностью в данном типе двигателей производится, как правило,… …   Википедия

• Дизельный двигатель — Дизельный двигатель  поршневой двигатель внутреннего сгорания, работающий по принципу самовоспламенения распылённого топлива от воздействия разогретого при сжатии воздуха.[1] Спектр топлива для дизелей весьма широк, сюда включаются все… …   Википедия

4 такта работы двигателя внутреннего сгорания | Гидравлика и пневматика

Большинство современных двигателей внутреннего сгорания — четырехтактные, это значит, что всю из работу можно разделить на 4 этапа — такта. Разобравшись в том, что происходит на каждом из этапов легко понять, как работает двигатель.

Двигатель внутреннего сгорания — ДВС

Прежде, чем перейти непосредственно к работе двигателя отметим основные элементы его конструкции, это поможет правильно понять описание его работы.

Элементы конструкции ДВС

Поршни перемешаются в цилиндрических расточках, выполненных в блоке цилиндров. Поршни соединены с коленчатым валом при помои шатунов. Газораспределительный механизм с клапанами позволяет соединять рабочую камеру с впускным или выпускным коллектором. Воспламенить топливную смесь позволяет свеча.

Устройство двигателя внутреннего сгорания

Цикл работы двигателя

Основные элементы конструкции двигателя определены, теперь можно разобраться в работе двигателя, как упоминалось ранее цикл его работы состоит из четырех тактов, рассмотрим подробнее каждый из них.

Такт 1

Первый такт работы ДВС

Чтобы двигатель мог, что то сжечь, надо сначала этим чем-то его заправить. В ДВС это смесь воздуха и топлива. При движении поршня вниз объем рабочей камеры увеличивается, значит давление в ней падает. Клапаны соединяющие рабочую камеры с впускным коллектором открываются и воздух заполняет ее. Топливо распыляется с помощью форсунки.

Такт 2

Второй такт

Полученную смесь надо сжать, чтобы при воспламенении она расширилась и переместила поршень. Для осуществления сжатия поршень нужно переместить вверх, клапаны в этот момент должны быть закрыты.

Такт 3

Третий такт

На третьем этапе свеча дает искру, которая воспламеняет смесь, она нагревается и расширяется, толкая поршень вниз. Поршень вращает коленвал.

Такт 4

Четвертый такт

От продуктов горения нужно избавиться. Для этого открываются клапаны со стороны выпускного коллектора, поршень движется вверх вытесняя газы в выхлопную систему.

После 4 такта вновь наступает первый.

Количество поршней

Таким образом поршень только на третьем этапе вращал коленчатый вал, а на всех остальных наоборот коленвал перемещал поршень. Но откуда на валу возьмется энергия для вращения вала. Можно использовать не один поршень, а несколько. Пожалуй,самым логичным решением будет установка четырех поршней (хотя их может быть и 3, и 6, и 12). Если в двигателе 4 поршня, то каждый из них в один момент находится на разных этапах:

• первый — всасывает воздух;
• второй — сжимает смесь;
• третий — осуществляет рабочий ход;
• четвертый — вытесняет выхлопные газы.

Для обеспечения плавной работы на валу двигателя может быть установлен маховик.

Четырехтактный двигатель, принцип работы двигателя внутреннего сгорания

Время не стоит на месте и сегодня практически на всех современных мотоциклах устанавливается двигатель внутреннего сгорания с четырехтактным циклом работы. Произошли перемены и в мотоциклах Минск, которые еще не так дано были оснащены двухтактными моторами, но в теперешнее время они тоже работают на четырехтактных двигателях.

Благодаря этой статье, многое мотолюбители смогут понять принцип работы четырехтактного двигателя внутреннего сгорания. Приобретенные знания помогут многим в процессе ремонта моторов. Ведь изучив структуру, гораздо проще будет обозначить, взяв во внимания существующие симптомы, место поломки мототранспорта.

Как наверное многим известно, двигатель внутреннего сгорания был придуман известным изобретателем имя которого Отто Николаус. Произошло это событие в 1867 году. В честь этого замечательного изобретателя четырехтактный цикл работы теперь называется циклом Отто, это название нередко можно услышать. С тех пор как был изобретен двигатель прошло много времени и теперь не многие задумываются о людях, которые смогли воплотить в жизнь и по сегодняшний день удивительную вещь — цикл в четыре такта – знаменитый цикл Отто.

Цикл Отто обозначен четырьмя тактами: впуск, сжатие, рабочий такт и выпуск. Если нажать на ниже представленную картинку, то очень хорошо видно движение топлива во время каждого из тактов, а рядом, меняющиеся цифры слева, указывают на номер каждого из тактов. Теперь будет правильно рассмотреть каждый такт в отдельности.

Первым тактом является впуск. Когда происходит пуск, то в это время четырехтактный двигатель засасывает в себя рабочую смесь. В этот момент поршень перемещается к низу, а клапан впуска открывается и во внутрь цилиндра поступает топливо с воздухом.

Вторым тактом является сжатие. После произведения впуска клапан вновь закрывается и поршень производит свое движение обратно. Он значительно сжимает топливо, и от этого давления происходит его нагрев, что и производит повышенную концентрацию, делает его взрывоопасным.

Третий тактом является рабочий такт. В тот момент, когда поршень приблизился к самому верху, нашел свое место расположение в верхней мертвой точке, свеча зажигания выдает искру и рабочая смесь просто напросто возгорается. И из-за внезапного распространения энергии от расширения полученных газов, они усиленно толкают поршень в низ. Этот такт является основным, именно он обозначает момент, во время образовании энергии. Остальные три такта не имеют силы и представляют из себя дополнительные.

Четвертый такт работает при выпуске. Уже когда поршень достиг самого низа и газ отдал энергию, преобразовав ее в механическое движение и механическую энергию, работает четвертый такт. В это время поршень движется вверх, делая при этом выпуск отработанных газов. В этот момент клапан выпуска находится в открытом положении.

И все дальше идет по кругу опять, первый так, второй и т. д. Вот так работает четырехтактный двигатель внутреннего сгорания. У вас не должно возникнуть сложностей, что бы понять его работу.

Ну если у кого-то возникает вопрос, по какой причине поршень во время остальных тактов производит движение, ведь по сути только во время рабочего такта газы толкают поршень, то этому есть объяснение — весь процесс происходит с помощью инерции. Коленчатый вал одновременно выполняет функции маховика (но бывает, что кроме него существует дополнительный маховик, как в авто или мотоциклах ИЖ-Юпитер), который сберегает энергию и благодаря ему двигатель не останавливается. Для того чтобы объяснить что такое инерция можно поставить пример, когда вы разгоняетесь на велосипеде и останавливаете педали, а движении происходит еще долго — по инерции.

Вот так и в этом случаи, поршень единожды может дать толчок, чтобы в процессе от остальных трех тактов коленчатый вал оборачивался самостоятельно.

Видео на тему: «Как работает четырехтактный двигатель внутреннего сгорания»

Похожие статьи:

Принципы работы простейшего одноцилиндрового двигателя внутреннего сгорания

В этой статье будут рассмотрены принципы работы простейшего одноцилиндрового двигателя внутреннего сгорания. Этот двигатель взят для простоты понятия физических процессов, для того чтобы понять, как работают все подобные двигатели. На самом деле всё намного сложнее каждый процесс имеет столько особенностей, что и у специалистов, хорошо знающих работу двигателя, часто возникают споры по многим вопросам. Но все бензиновые двигатели (двигатели с принудительным зажиганием) работают на основе принципов, впервые описанных немецким инженером Отто.

Двигатель нужен для обеспечения автомобиля (если это не стационарный двигатель) механической энергией. Двигатель создаёт эту энергию. Но из школьного курса физики известно, что энергия не возникает из ничего и не исчезает бесследно. Что же является источником механической энергии, вырабатываемой двигателем, какую энергию он преобразует в механическую? Источником энергии двигателя внутреннего сгорания является энергия межмолекулярных связей углеводородного топлива, сгорающего в цилиндрах двигателя. Во время сгорания углеводородного топлива происходит разрыв этих связей с большим выделением тепловой энергии, которую двигатель и преобразует в механическую энергию в форме вращательного движения.

Для химических реакций, происходящих при сгорании топлива, требуется окислитель. Для этого используется кислород, содержащийся в окружающем атмосферном воздухе. Воздух это смесь газов, кислорода в этой смеси приблизительно 21%. В цилиндрах двигателя сгорает смесь топлива с воздухом. В идеальном случае все молекулы углеводородов, поданные в цилиндр, сгорая, соединяются со всеми молекулами кислорода, поданными в цилиндр во время одного рабочего цикла. То есть после процесса сгорания в цилиндре двигателя не должно остаться не одной молекулы топлива, и не одной свободной молекулы кислорода.

Химические реакции, во время которых полностью используются все активные вещества, называются стехиометрическими. Во время стехиометрического процесса для полного сгорания всех молекул 1-го килограмма топлива необходимо использовать приблизительно 14,7 килограммов воздуха. Это идеальный процесс, но реально при работе двигателя на различных режимах обеспечить его достаточно трудно, тем более что на некоторых режимах двигатель будет работать устойчиво, только если смесь отличается от стехиометрической.

Разобравшись, откуда берётся механическая энергия, приступим к изучению принципов работы двигателя. Как уже было отмечено ранее, здесь будет рассматриваться работа четырёхтактного двигателя внутреннего сгорания, работающего по циклу Отто. Основным признаком цикла Отто можно назвать то, что перед воспламенением топливовоздушная смесь предварительно сжимается, а зажигание смеси происходит от постороннего источника – в современных двигателях только при помощи электрической искры.

За время становления и развития двигателя внутреннего сгорания было изобретено очень много различных конструкций и, разумеется, двигатель, работающий на принципах цикла Отто, был далеко не единственный. Из двигателей с возвратной поступательным движением поршня можно назвать двигатель, работающий по циклу Аткинсона, а из двигателей с круговым движением поршня наиболее известен роторно-поршневой двигатель Ванкеля. Существует большое количество вообще экзотических конструкций. Но все они не получили широкого практического применения. Более 99,9% используемых в настоящее время двигателей внутреннего сгорания работают по циклу Отто, (в данной статье сюда будут отнесены и дизельные двигатели) которые в свою очередь подразделяются на двигатели с электрическим воспламенением смеси и дизельные двигатели, с компрессионным воспламенением смеси.

Принципы работы таких двигателей и будут рассмотрены в этой статье.

И бензиновые и дизельные двигатели могут быть не только четырёхтактными, но и двухтактными. В настоящее время двухтактные двигатели на автомобиле не применяются, поэтому в данной главе они рассматриваться не будут.

Прежде чем рассматривать принципы работы двигателя рассмотрим, из каких основных деталей он состоит.

Основные детали простейшего ДВС

1. Цилиндр.
2. Поршень.
3. Камера сгорания.
4. Шатун.
5. Коленчатый вал.
6. Впускной канал.
7. Впускной клапан.
8. Впускной распределительный вал.
9. Выпускной канал.
10. Выпускной клапан.
11. Выпускной распределительный вал.
12. Свеча зажигания.
13. Топливная форсунка (не показана).
14. Маховик двигателя (не показан).

1. Цилиндр – основа двигателя, именно в нём происходит процесс сгорания топлива, цилиндр является направляющим элементом для движения поршня.

2. Поршень – деталь, перемещающаяся в цилиндре под воздействием расширяющихся газов или под воздействием кривошипно-шатунного механизма. Условно примем, что скользящее соединение, между поршнем и стенками цилиндра абсолютно герметично, то есть, ни какие газа не могут просочиться через это соединение.

3. Камера сгорания – пространство над поршнем, когда поршень находится в самой верхней точке своего хода (ВМТ).

4. Шатун – это стержень, передающий усилие от поршня к кривошипу коленчатого вала и, наоборот, от коленчатого вала к поршню.

5. Коленчатый вал – служит для преобразования возвратно-поступательного движения поршня во вращательное, именно такое движение наиболее удобно для использования.

6. Впускной канал – канал, по которому топливовоздушная смесь поступает в цилиндр двигателя.

7. Впускной клапан – соединяет впускной канал с цилиндром двигателя. Условно принимаем, что в закрытом состоянии клапан полностью герметичен, а в открытом состоянии он не оказывает сопротивление проходу топливовоздушной смеси в цилиндр двигателя.

8. Впускной распределительный вал – открывает и закрывает впускной клапан в нужное время.

9. Выпускной канал – канал, по которому отработавшие газы выводятся из двигателя в атмосферу.

10. Выпускной клапан – соединяет выпускной канал с цилиндром двигателя. Условно принимаем, что в закрытом состоянии клапан полностью герметичен, а в открытом состоянии он не оказывает сопротивление проходу отработавших газов из цилиндра двигателя.

11. Выпускной распределительный вал – открывает и закрывает выпускной клапан в нужное время.

12. Свеча зажигания – служит для воспламенения сжатой топливовоздушной смеси в необходимое время.

13. Топливная форсунка – служит для распыления топлива в воздухе, поступающем в цилиндр двигателя.

14. Маховик двигателя – служит для необходимого перемещения поршня за счёт сил инерции во время всех тактов, кроме рабочего.

Далее придётся понять и запомнить довольно много специальных терминов, но сейчас упомянем, без полного объяснения, только некоторые.

1 — Верхняя мёртвая точка (ВМТ) – точка в которой поршень останавливается при изменении направления своего движения вверх цилиндра на движение вниз.

2 — Нижняя мёртвая точка (НМТ) – точка в которой поршень останавливается при изменении направления своего движения вниз цилиндра на движение вверх.

3 — Ход поршня – расстояние, проходимое поршнем при перемещении от ВМТ к НМТ или наоборот.

4 — Такт двигателя – перемещение поршня от одной мёртвой точки к другой. Во время каждого такта коленчатый вал двигателя совершает половину оборота (180?).

5 — Цикл – периодичное повторение четырёх тактов двигателя во время работы. Полный цикл двигателя состоит из четырёх тактов и совершается за два полных оборота коленчатого вала (720?).

Принципы работы простейшего одноцилиндрового четырёхтактного двигателя:

1 — Такт всасывания

(поступления топливовоздушной смеси в цилиндр).

Впускной клапан открыт.
Выпускной клапан закрыт.

Под воздействием внешнего усилия (стартёра двигателя, заводной ручки или инерции маховика), передаваемого поршню шатуном, поршень перемещается от ВМТ к НМТ. Поскольку соединение между поршнем и цилиндром полностью герметично, в пространстве над поршнем образуется пониженное давление (разрежение). Под воздействием атмосферного давления воздух через впускной канал, и открытый впускной клапан, начинает поступать в цилиндр двигателя. В это время топливная форсунка распыляет в поступающем воздухе необходимое количество топлива, в результате чего в цилиндр поступает горючая топливовоздушная смесь.

При достижении поршнем НМТ впускной клапан закрывается.

2 — Такт сжатия.

Оба клапана закрыты.

Под воздействием внешнего усилия поршень перемещается из НМТ к ВМТ. При этом в цилиндре происходит сжатие топливовоздушной смеси. По окончании такта сжатия, когда поршень встаёт в положении ВМТ, вся топливовоздушная смесь находится в сжатом состоянии в камере сгорания.

В это время свеча зажигания при помощи электрической искры воспламеняет сжатую топливовоздушную смесь. В дизельном двигателе в камеру сгорания при помощи топливной форсунки впрыскивается мелко распылённое топливо. В результате чего в обоих случаях происходит воспламенение смеси.

3 — Рабочий такт.

Оба клапана закрыты.

При сгорании топливовоздушной смеси в цилиндре резко поднимается температура и, главное, давление. Это давление равномерно давит во все стороны, но стенки камеры сгорания и цилиндра рассчитаны на это давления. А вод давление, оказываемое расширяющимися газами на поршень, днище которого является нижней частью камеры сгорания, заставляет поршень перемещаться вниз от ВМТ к НМТ. Это усилие через шатун передаётся на кривошип коленчатого вала, который преобразует поступательное движение поршня во вращательное движение.

При достижении поршнем НМТ открывается выпускной клапан.

4 — Такт выпуска.

Впускной клапан закрыт.
Выпускной клапан закрыт.

Под воздействием внешнего усилия, передаваемого на поршень через шатун, поршень перемещается из положения НМТ в положение ВМТ. Во время этого перемещения поршень вытесняет из цилиндра отработавшие газы через открытый выпускной клапан в выпускной канал и далее в атмосферу.

И так, мы рассмотрели полный цикл двигателя, состоящий из четырех тактов. Далее этот цикл повторяется бесконечно, пока двигатель не будет выключен или не закончится бензин в баке автомобиля.

Наверное, Вы обратили внимание, что из четырёх тактов полезным является только один – рабочий такт. Именно во время этого такта вырабатывается необходимая энергия. Все другие такты являются вспомогательными. Возможно, такая конструкция может показаться не эффективной, но лучшего, по всем показателям, пока ничего не изобретено. Да, существуют двухтактные двигатели, в которых полный цикл осуществляется за один поворот коленчатого вала. Существует роторно-поршневой двигатель Ванкеля, в котором вообще нет деталей, совершающих возвратно-поступательное движение, но этим конструкциям, при некоторых преимуществах, присущи свои недостатки, поэтому двигатели, работающие по четырёхтактному циклу Отто, в настоящее время имеют практически монопольное распространение в мире. И какой-либо замены им, в обозримом будущем, реально не предвидится.

Дизельный двигатель.

Двигатель, изобретённый немецким изобретателем Рудольфом Дизелем, очень похож и по конструкции и принципам работы на двигатель, работающий на бензине, описанный ранее. Но есть одно существенное различие. В этом двигателе воспламенение топливовоздушной смеси происходит не при помощи электрической искры, а за счёт контакта топлива с горячим воздухом находящемся в цилиндре. Такое воспламенение рабочей смеси называется компрессионным зажиганием. А откуда в цилиндре взялся горячий воздух, где его подогрели? Разумеется, никто его нарочно не грел. Если Вам когда-либо приходилось накачивать ручным насосом шину велосипеда, или автомобиля, вы могли обратить внимание, что довольно быстро насос начинает нагреваться. И вообще из школьного курса физики известно, что при сжатии все газы нагреваются, а воздух есть ничто иное, как смесь газов. Сжатие воздуха в двигателе происходит очень быстро, поэтому к концу такта сжатия воздух, находящийся в цилиндре дизельного двигателя, имеет очень высокую температуру (700 ? 900?С).

Поскольку физический процесс немного отличается от описанного ранее бензинового двигателя, в конструкции дизельного двигателя имеются некоторые отличия. Главное отличие в более высокой степени сжатия. У дизельного двигателя отсутствует свеча зажигания, вместо неё непосредственно в головку блока цилиндров вставлена топливная форсунка, разумеется, во впускном канале топливная форсунка отсутствует. В отличие от бензинового двигателя, в цилиндры которого во время такта всасывания поступает смесь бензина с воздухом, цилиндры дизельного воздуха поступает чистый воздух. При достижении поршнем ВМТ во время такта сжатия, в камере сгорания дизельного двигателя находится сжатый воздух, имеющий высокую температуру. И в то время, когда в бензиновом двигателе происходит воспламенение смеси при помощи электрической свечи, в камеру сгорания дизельного двигателя под большим давлением впрыскивается мелко распылённое дизельное топливо. Соприкасаясь с горячим воздухом, находящимся в камере сгорания, топливо воспламеняется.

Запомните основные отличия дизельного двигателя от бензинового.

1 – Топливо в дизельном двигателе воспламеняется не при помощи электрической искры, а за счёт контакта топлива с воздухом, имеющим высокую температуру.

2 – Регулировка крутящего момента и мощности двигателя осуществляется за счёт изменения качества, а не количества топливовоздушной смеси, поэтому в дизельном двигателе отсутствует дроссельная заслонка, регулирующая количество поступающего в цилиндры двигателя воздуха. То есть крутящий момент изменяется количеством впрыскивания топлива без изменения объёма всасываемого воздуха.

Не путайте дизельный двигатель с современными бензиновыми двигателями, с непосредственным впрыском. В этих двигателях топливная форсунка перенесена из впускного канала на головку двигателя, но не вместо свечи зажигания, а установлена совместно с ней. В этом случае топливная форсунка впрыскивает топливо непосредственно в цилиндр. Топливовоздушная смесь в таком двигателе воспламеняется не при помощи компрессионного зажигания, а при помощи электрической искры. А имеющаяся во впускном тракте дроссельная заслонка регулирует количество воздуха, поступающего в цилиндр.

Мы рассмотрели принципы работы простейшего одноцилиндрового двигателя, поняли, как возникает необходимая нам механическая энергия, но для простоты объяснения пришлось прибегнуть очень ко многим упрощениям. Например, клапаны открываются или закрываются не точно в ВМТ или НМТ. Свеча бензинового двигателя воспламеняет смесь или топливная форсунка дизельного двигателя нагнетает топливо в цилиндр не совсем точно при нахождении поршня в ВМТ. Да и двигатель, чаще всего имеет не один, а несколько цилиндров, от 1-го до 16, в автомобильной промышленности, а авиации или на флоте встречались двигатели, имеющие 64 цилиндра. Но основой любого двигателя является цилиндр.

Ранее были рассмотрены некоторые термины, имеющие отношение к цилиндру двигателя, теперь придётся их рассмотреть более подробно и познакомиться с некоторыми новыми.

1. Радиус кривошипа.

Расстояние между осями коренных и шатунных шеек коленчатого вала.
Коренными называются шейки коленчатого вала, в которых вал вращается в блоке цилиндров двигателя.
Шатунными называются шейки, к которым подсоединены шатуны поршней.
Для образования кривошипа ось коренных шеек смещена относительно оси шатунных шеек.
Радиус кривошипа является очень важным конструкционным параметром двигателя. Изменяя радиус кривошипа можно подобрать необходимое соотношение между крутящим моментом и максимальными оборотами двигателя, при неизменном объёме цилиндра.
(Обычно измеряется в миллиметрах)

2. Ход поршня:
Ход поршня, то есть расстояние между НМТ и ВМТ, равен удвоенной величине радиуса кривошипа.

3. Диаметр цилиндра:

Это диаметр внутреннего отверстия цилиндра. Условно принимаем, что диаметр поршня равен диаметру цилиндра.
(Обычно измеряется в миллиметрах)

4. Рабочий объём цилиндра:
Рабочим объёмом цилиндра называется объём, вытесняемый поршнем при перемещении от НМТ к ВМТ.
(Обычно измеряется в кубических сантиметрах (см?) или литрах.)
Рабочий объём цилиндра равен произведению хода поршня на площадь днища поршня.

5. Объём камеры сгорания.
Это объем пространства, находящегося над поршнем, во время нахождения поршня в ВМТ.
(Обычно измеряется в кубических сантиметрах.)
Камера сгорания большинства двигателей имеет сложную форму, поэтому определить её точный объём расчётным методом сложно. Для определения объёма камеры сгорания применяются различные методы прямого измерения.

6. Полный объём цилиндра.
Это сумма объёма камеры сгорания и рабочего объёма цилиндра.
(Обычно измеряется в кубических сантиметрах или литрах.)
Полный объём многоцилиндрового двигателя равен полному объёму одного цилиндра умноженному на количество цилиндров двигателя.

7. Степень сжатия.
Это соотношение полного объёма цилиндра к объёму камеры сгорания. Другими словами это соотношение объёма цилиндра в сумме с объёмом камеры сгорания, когда поршень находится НМТ к объёму пространства, расположенному над поршнем, когда поршень находится в положении ВМТ.
(Безразмерная единица)

8. Соотношение диаметра цилиндра к величине хода поршня:
Является очень важным параметром при конструировании двигателя внутреннего сгорания. Двигатели, в которых ход поршня больше диаметра цилиндра называются длиноходными, двигатели, в которых ход поршня меньше диаметра цилиндра, называются короткоходными.

Значение степени сжатия.

Степень сжатия это один из очень важных технических показателей двигателя внутреннего сгорания, поэтому рассмотрим его более подробно. В общем, повышение степени сжатия поднимает эффективность работы двигателя внутреннего сгорания, то есть при сгорании равного объёма топлива двигатель производит больше механической энергии. При повышенной степени сжатия молекулы топлива физически приближаются друг к другу. При этом топливовоздушная смесь имеет более высокую температуру, в результате чего достигается лучшее испарение частичек топлива и их более равномерное перемешивание с воздухом. Для каждого типа бензина имеется предельное значение степени сжатия. Чем выше октановое число бензина, тем выше степень сжатия, при которой может работать двигатель. При превышении допустимой степени сжатия и, соответственно температуры в камере сгорания, двигатель начинает работать с детонацией (самопроизвольное воспламенение смеси). Процесс детонации достаточно сложный, поэтому, на данном этапе, ограничимся пониманием, что причиной детонации является неправильное сгорание топливовоздушной смеси. При работе двигателя с детонацией резко уменьшается эффективность работы двигателя, и более того, возросшие ударные нагрузки могут привести к разрушению двигателя. Сильные стуки во время работы двигателя являются признаком детонации. Этот режим работы очень вреден для двигателя.

Современные электронные системы управления двигателем практически исключили работу двигателя с детонацией, но те, кому пришлось ездить на автомобилях с двигателями, не имеющих электронных систем управления, помнят, что режим детонации возникал довольно часто.

Раньше для повышения октанового числа бензина применялись специальные присадки на основе свинца. Применение этих присадок позволяло поднять степень сжатия до 12,5:1, но сейчас, в соответствии с законодательными нормами по охране окружающей среды, по причине того, что свинец наносит большой вред окружающей среде, применение присадок на основе свинца запрещено.

Степень сжатия современных бензиновых двигателей равна 10:1 ? 11:1. Величина степени сжатия может изменяться не только от качества предполагаемого к использованию бензина, но и от конструкции двигателя. Современные двигатели, имеющие систему управления двигателя с датчиком детонации, позволяют поднять степень сжатия до 13:1. Такие системы управления, регулируя угол опережения зажигания в каждом отдельном цилиндре, на основе информации, полученной от датчика детонации, позволяют двигателю работать на грани возникновения детонации, но не допускают её. Двигатели с непосредственным впрыском бензина в камеру сгорания из-за особенностей процессов, протекающих в цилиндре, тоже могут работать с повышенной степенью сжатия.

Поскольку воспламенение топлива в дизельных двигателях происходит за счёт нагрева воздуха, находящегося в цилиндре, степень сжатия дизельных двигателей выше, чем бензиновых. Степень сжатия дизельных двигателей лежит в диапазоне 14:1 ? 23:1.

Двигатели с принудительным нагнетанием воздуха в цилиндры (турбокомпрессор или механический нагнетатель), как бензиновые, так и дизельные, имеют более низкую степень сжатия по сравнению с атмосферными двигателями. Это вызвано тем, что перед началом такта сжатия в цилиндре находится большая масса воздуха (и топлива). Слишком высокое давление в цилиндре в конце такта сжатия может привести к разрушению двигателя.

Ранее отмечалось, что повышение степени сжатия явление, в целом, очень желательное, но в действительности всё несколько сложнее. Двигатель внутреннего сгорания, особенно автомобильный, постоянно работает на различных режимах скорости вращения и нагрузок. Научные исследования в данной области показали, что на некоторых режимах двигатель эффективней работает с более низкой степенью сжатия, а на других режимах степень сжатия может быть повышена без риска нанесения повреждений двигателю. Некоторые производители попытались создать двигатель с изменяемой во время работы степенью сжатия. Пионером в этой области, добившимся заметных результатов, был шведский производитель автомобилей SAAB. Работы в этом направлении проводились и другими производителями автомобилей. Но до настоящего времени серийные автомобили с изменяемой степенью сжатия на рынке отсутствуют. Очевидно, это будет следующим направлением повышения эффективности двигателя внутреннего сгорания.

Ранее были рассмотрены некоторые термины, определяющие геометрические показатели двигателя. Далее запомним некоторые термины, определяющие работу двигателя внутреннего сгорания, как простейшего одноцилиндрового, так более сложных двигателей.

1. Мощность двигателя. Измеряется в киловаттах (кВт) или в старых, для некоторых более привычных единицах измерения, лошадиных силах (л. с.)
2. Крутящий момент. Измеряется в ньютонах на метр (Н•м).
3. Удельная литровая мощность. Измеряется отношением максимальной мощности двигателя к рабочему объёму цилиндров двигателя (кВт/литр)
4. Удельная весовая мощность. Измеряется отношением максимальной мощности двигателя к весу двигателя (кВт/Кг).
5. Топливная эффективность. Измеряется массой топлива, которое необходимо потратить на выработку мощности в один киловатт в течение часа (гр/кВт*час)
6. Скорость вращения. В автомобилестроении, как и во многих других областях техники, скорость (частота) вращения коленчатого вала измеряется в оборотах в минуту (об/мин).

За прошедшие более чем сто лет с момента изобретения двигателя внутреннего сгорания (ДВС) количество его конструкций было столь велико, что их не только описать невозможно, их просто никто даже перечислить не сможет, да и задачи такой, в общем, нет. Четко понимая общие принципы работы ДВС (кратко описанные в данной статье), можно разобраться в любой конструкции.

Е.Н. Жарцов

«Двигатель внутреннего сгорания». 8-й класс

Цель урока: рассмотреть физические принципы работы тепловых двигателей, углубить знания учащихся о тепловых двигателях.

1. Какие два вида механической энергии вы знаете?
2. Какую энергию называют кинетической? Потенциальной?
3. Приведите примеры превращения потенциальной энергии тела в кинетическую; кинетической энергии – в потенциальную.
4. Дайте определение внутренней энергии тела.
5. Приведите примеры превращения механической энергии тела в его внутреннюю энергию.

А) Решение задачи 1 (слайд №2)

Б) Решение задачи 2 слайд №3)

В) Решение задачи 3 (слайд №4)

Г) Двигатель внутреннего сгорания

Внутренней энергией обладают все тела – земля, кирпичи, облака и так далее. Однако чаще всего извлечь ее трудно, а порой и невозможно. Наиболее легко на нужды человека может быть использована внутренняя энергия лишь некоторых, образно говоря, «горючих» и «горячих» тел. К ним относятся: нефть, уголь, теплые источники вблизи вулканов и так далее. Рассмотрим один из примеров использования внутренней энергии таких тел. (слайд №5)

Д) Составные части двигателя внутреннего сгорания (слайд №6)

Е) Карбюраторный двигатель. (слайд №7)

карбюратор – устройство для смешивания бензина с воздухом в нужных пропорциях.

Ж) Основные части ДВС (слайд №8)

З) Работа этого двигателя состоит из нескольких повторяющихся друг за другом этапов, или, как говорят, тактов. Всего их четыре. Отсчет тактов начинается с момента, когда поршень находится в крайней верхней точке, и оба клапана закрыты. (слайд №9)

И) Первый такт называется впуск (рис. «а»). Впускной клапан открывается, и опускающийся поршень засасывает бензино-воздушную смесь внутрь камеры сгорания. После этого впускной клапан закрывается. (слайд №10)

К) Второй такт – сжатие (рис. «б»). Поршень, поднимаясь вверх, сжимает бензино-воздушную смесь. (слайд №11)

Л) Третий такт – рабочий ход поршня (рис. «в»). На конце свечи вспыхивает электрическая искра. Бензино-воздушная смесь почти мгновенно сгорает и в цилиндре возникает высокая температура. Это приводит к сильному возрастанию давления и горячий газ совершает полезную работу – толкает поршень вниз. (слайд №12)

М) Четвертый такт – выпуск (рис «г»). Выпускной клапан открывается, и поршень, двигаясь вверх, выталкивает газы из камеры сгорания в выхлопную трубу. Затем клапан закрывается. (слайд №13)

Н) ФИЗМИНУТКА. (слайд №14)

О) Дизельный двигатель. (слайд №15)

В 1892 г. немецкий инженер

Р. Дизель получил патент (документ, подтверждающий изобретение) на двигатель, впоследствии названный его фамилией.

П) Принцип работы: (слайд №16)

В цилиндры двигателя Дизеля попадает только воздух. Поршень, сжимая этот воздух, совершает над ним работу и внутренняя энергия воздуха возрастает настолько, что впрыскиваемое туда топливо сразу же самовоспламеняется. Образующиеся при этом газы выталкивают поршень обратно, осуществляя рабочий ход.

Р) Такты работы: (слайд №17)

• всасывание воздуха;
• сжатие воздуха;
• впрыск и сгорание топлива – рабочий ход поршня;
• выпуск отработавших газов.

Существенное отличие: запальная свеча становится ненужной, и ее место занимает форсунка – устройство для впрыскивания топлива; обычно это низкокачественные сорта бензина.

С) Некоторые сведения о двигателях. (слайд №18)

Повторение.

Т) Назови основные части ДВС. (слайд №20)

У) 1. Назовите основные такты работы ДВС. (слайд №21)

2. В каких тактах клапаны закрыты?

3. В каких тактах открыт клапан 1?

4. В каких тактах открыт клапан 2?

5. Отличие ДВС от дизеля?

Ф) (слайд №22)

Мертвые точки – крайние положения поршня в цилиндре

Ход поршня – расстояние, проходимое поршнем от одной мертвой точки до другой

Четырехтактный двигатель – один рабочий цикл происходит за четыре хода поршня (4 такта).

Х) Заполнить таблицу (слайд №23)

Ц) Кроссворды (слайд №24 ,25)

Ч) Паровая турбина (слайд №26)

Ш) Слайды 27-34.

Щ) Материалы (слайд 35).

II. Итог урока.

Принцип работы ДВС. Рабочие циклы двигателя внутреннего сгорания. —

Рассмотрим принцип устройства и работы двигателя внутреннего сгорания, а также его рабочие циклы.

Рабочий цикл четырехтактного бензинового двигателя

Крайние положения поршня, при которых он наиболее удален от оси коленчатого вала или приближен к ней, называются верхней и нижней «мертвыми» точками (ВМТ и НМТ).

• Впуск. Коленчатый вал двигателя делает первый полуоборот, поршень перемещается от ВМТ к НМТ, впускной клапан открыт, выпускной клапан закрыт. В цилиндре создается разряжение, вследствие чего свежий заряд горючей смеси, состоящий из паров бензина и воздуха, засасывается через впускной газопровод в цилиндр и, смешиваясь с остаточными отработавшими газами, образует рабочую смесь.
• Сжатие. После заполнения цилиндра горючей смесью при дальнейшем вращении коленчатого вала (второй полуоборот) поршень перемещается от НМТ к ВМТ при закрытых клапанах. По мере уменьшения объема температура и давление рабочей смеси повышаются.
• Расширение или рабочий ход. В конце такта сжатия рабочая смесь воспламеняется от электрической искры и быстро сгорает, вследствие чего температура и давление образующихся газов резко возрастает, поршень при этом перемещается от ВМТ к НМТ. В процессе такта расширения шарнирно связанный с поршнем шатун совершает сложное движение и через кривошип приводит во вращение коленчатый вал. При расширении газы совершают полезную работу, поэтому ход поршня при третьем полуобороте коленчатого вала называют рабочим ходом. В конце рабочего хода поршня, при нахождении его около НМТ открывается выпускной клапан, давление в цилиндре снижается до 0.3 — 0.75 МПа, а температура до 950 — 1200оС.
• Выпуск. При четвертом полуобороте коленчатого вала поршень перемещается от НМТ к ВМТ. При этом выпускной клапан открыт, и продукты сгорания выталкиваются из цилиндра в атмосферу через выпускной газопровод.

Рабочий цикл четырехтактного дизеля

В отличие от бензинового двигателя, при такте «впуск» в цилиндры дизеля поступает чистый воздух. Во время такта «сжатие» воздух нагревается до 600оС. В конце этого такта в цилиндр впрыскивается определенная порция топлива, которое самовоспламеняется.

• Впуск. При движении поршня от ВМТ к НМТ вследствие образующегося разряжения из воздушного фильтра в цилиндр через открытый впускной клапан поступает атмосферный воздух. Давление воздуха в цилиндре составляет 0.08 — 0.095 МПа, а температура 40 — 60°С.
• Сжатие. Поршень движется от НМТ к ВМТ; впускной и выпускной клапаны закрыты, вследствие этого перемещающийся вверх поршень сжимает поступивший воздух. Для воспламенения топлива необходимо, чтобы температура сжатого воздуха была выше температуры самовоспламенения топлива. При ходе поршня к ВМТ цилиндр через форсунку впрыскивается дизельное топливо, подаваемое топливным насосом.
• Расширение или рабочий ход. Впрыснутое в конце такта сжатия топливо, перемешиваясь с нагретым воздухом, воспламеняется, и начинается процесс сгорания, характеризующийся быстрым повышением температуры и давления. При этом максимальное давление газов достигает 6 — 9 МПа, а температура 1800 — 2000°С. Под действием давления газов поршень перемещается от ВМТ в НМТ — происходит рабочий ход. Около НМТ давление снижается до 0.3 — 0.5 МПа, а температура до 700 — 900оС.
• Выпуск. Поршень перемещается от НМТ в ВМТ и через открытый выпускной клапан отработавшие газы выталкиваются из цилиндра. Давление газов снижается до 0.11 — 0.12 МПа, а температура до 500-700оС. После окончания такта выпуска при дальнейшем вращении коленчатого вала рабочий цикл повторяется в той же последовательности.

Принцип работы многоцилиндровых двигателей

На автомобилях устанавливают многоцилиндровые двигатели. Чтобы многоцилиндровый двигатель работал равномерно, такты расширения должны следовать через равные углы поворота коленчатого вала (т. е. через равные промежутки времени).
Последовательность чередования одноименных тактов в цилиндрах называют порядком работы двигателя. Порядок работы большинства четырехцилиндровых двигателей 1-3-4-2 или 1-2-4-3. Это означает, что после рабочего хода в первом цилиндре следующий рабочий ход происходит в третьем, затем в четвертом и, наконец, во втором цилиндре. Определенная последовательность соблюдается и в других многоцилиндровых двигателях.

Диаграмма работы двигателя по схеме 1-2-4-3

Многоцилиндровые двигатели бывают рядными и V-образными. В рядных двигателях цилиндры расположены вертикально, а в V-образных — под углом. Последние характеризуются меньшей габаритной длиной по сравнению с первыми. Современные восьмицилиндровые двигатели выполняют двухрядными с V-образным расположением цилиндров.

Ход всасывания — обзор

Основы дизельного двигателя

Дизельный двигатель — это тепловой двигатель, который использует свойства газа для преобразования тепловой энергии в механическую. Когда масса воздуха содержится в ограниченном объеме, таком как цилиндр двигателя, а затем к нему добавляется тепло, давление газа увеличивается. Это увеличение давления можно использовать для создания механической силы, мощности. Поперечное сечение цилиндра дизельного двигателя показано на рис.5.1.

Рисунок 5.1. Поперечное сечение цилиндра дизельного двигателя.

Большинство дизельных двигателей имеют четырехтактный двигатель, как и двигатель с искровым зажиганием. Для идеализированного двигателя эти четыре такта представляют собой такт впуска, когда воздух втягивается в цилиндр через клапан, когда поршень движется от верхней мертвой точки (ВМТ — см. Главу 4) к нижней мертвой точке (НМТ). Когда он достигает НМТ, клапан закрывается ¹ , и поршень возвращается в ВМТ, при этом сжимая воздух внутри цилиндра.Когда он снова достигает ВМТ, дизельное топливо впрыскивается в сжатый газ, который теперь очень горячий в результате сжатия, и топливо сгорает, повышая температуру и, следовательно, давление внутри цилиндра. Это дополнительное давление на головку поршня заставляет поршень вернуться в положение НМТ, обеспечивая рабочий ход двигателя, который можно использовать для обеспечения механического привода. Наконец, при НМТ поршень снова возвращается, на этот раз со вторым выпускным клапаном, открытым, когда воздух и продукты сгорания выбрасываются из цилиндра.

Стадии цикла можно представить в виде диаграммы давление-объем, которая представляет газы внутри цилиндра двигателя. В идеализированном виде это показано на рис. 5.2. На этой диаграмме игнорируется первый ход цикла, в котором воздух втягивается в цилиндр, и последний ход, который удаляет газы сгорания, потому что эти два хода, в идеале, не предполагают обмена энергией. (На практике для завершения им требуется энергия, но ее количество невелико по сравнению с энергообменом, связанным с двумя другими ударами.) В позиции 1 на схеме предполагается, что цилиндр заполнен воздухом, и этот воздух сжимается поршнем, когда он перемещается в положение 2. Этот ход сжатия уменьшает объем, увеличивает давление и повышает температуру воздуха. Топливо впрыскивается в положение 2 и воспламеняется, что приводит к дальнейшему резкому увеличению температуры и давления, поскольку поршень начинает двигаться от ВМТ и объем цилиндра увеличивается. Затем следует рабочий ход 3–4, когда объем внутри цилиндра увеличивается, а давление падает.Наконец, в конце рабочего хода 4 выпускной клапан открывается, и избыточное давление сбрасывается, опять же мгновенно в этой идеальной версии. Затем следуют такт выпуска и такт впуска, оба из которых имеют место в позиции 1.

Рисунок 5.2. Идеализированная термодинамическая диаграмма давление – объем для дизельного двигателя.

Если сравнить рис. 5.2 с рис. 4.2, на котором показан цикл двигателя с искровым зажиганием, единственная разница заключается в изменении, которое происходит при сгорании.В двигателе с искровым зажиганием предполагается, что это происходит мгновенно внутри цилиндра при постоянном объеме, поскольку поршень не успевает двигаться во время взрывного сгорания. В дизельном цикле сгорание длится дольше и предполагается, что оно происходит при постоянном давлении, когда поршень движется от ВМТ.

Такт сжатия 1-2 требует использования энергии для сжатия газа в цилиндре. С другой стороны, рабочий ход от 2 до 4 генерирует мощность. Чистое количество энергии, доступное для полезной работы, и есть разница между ними.Математически это представлено областью цикла на диаграмме.

Четырехтактный цикл — обзор

13.18 Цикл Отто

Циклы внешнего сгорания газа Стерлинга и Эрикссона были первоначально разработаны для борьбы с опасными котлами высокого давления первых паровых двигателей. Двигатель внутреннего сгорания Ленуара был проще, меньше по размеру и использовал более удобное топливо, чем любой из этих двигателей, но имел очень низкий тепловой КПД. Брайтону удалось повысить тепловой КПД двигателя внутреннего сгорания, обеспечив процесс сжатия перед сгоранием с использованием двухпоршневой техники Стирлинга и Эрикссона с отдельной камерой сгорания.Но конечной целью разработки коммерческих двигателей внутреннего сгорания было объединить все основные процессы впуска, сжатия, сгорания, расширения (мощности) и выпуска в одном поршневом цилиндре. Это было окончательно достигнуто в 1876 году немецким инженером Николаусом Августом Отто (1832–1891). Основные элементы модели ASC цикла Отто показаны на рисунке 13.48. Он состоит из двух изохорных процессов и двух изоэнтропических процессов.

Рисунок 13.48. Стандартный цикл воздуха Отто.

После нескольких лет экспериментов Отто наконец построил успешный двигатель внутреннего сгорания, который позволил всем основным процессам протекать в пределах одного поршневого цилиндра. Для завершения термодинамического цикла двигателя Отто требовалось четыре хода поршня и два оборота коленчатого вала, но он работал плавно, был относительно тихим и очень надежным и эффективным. Двигатель Отто имел немедленный успех, и к 1886 году было продано более 30 000 экземпляров. Они стали первым серьезным конкурентом паровой машины на рынке двигателей малого и среднего размера.

Первоначально двигатель Отто использовал осветительный газ (метан) в качестве топлива, но к 1885 году многие двигатели с циклом Отто уже были преобразованы в двигатели, работающие на жидких углеводородах (бензине). Разработка гениального карбюратора с поплавковой подачей для испарения жидкого топлива в 1892 году немцем Вильгельмом Майбахом (1847–1929) ознаменовала начало автомобильной эры. Немецкому инженеру Карлу Фридриху Бенцу (1844–1929) обычно приписывают создание в 1885 году первого практичного автомобиля с низкооборотным двигателем цикла Отто, работающим на жидком углеводородном топливе.Он использовал тепло выхлопных газов двигателя для испарения топлива перед его подачей в двигатель.

Кто изобрел цикл «Отто»?

Николаус Отто не знал, что четырехтактный двигатель внутреннего сгорания был запатентован в 1860-х годах французским инженером Альфонсом Эженом Бо де Роша (1815–1893). Однако Рошас на самом деле не строил и не тестировал двигатель, который он запатентовал. Поскольку Отто был первым, кто фактически сконструировал и эксплуатировал двигатель, цикл назван в его честь, а не в честь Роша.

В 1878 году шотландский инженер Дугальд Клерк (1854–1932) разработал двухтактную версию цикла Отто, производящую один оборот коленчатого вала за термодинамический цикл (это было похоже на двигатель Ленуара, но с предварительным сжатием).В 1891 году Клерк продолжил разработку концепции наддува двигателя внутреннего сгорания. Это увеличило тепловой КПД двигателя за счет дальнейшего сжатия индукционного заряда перед зажиганием.

Хотя двухтактный двигатель Клерка по своей природе был менее экономичен, чем четырехтактный двигатель Отто, он давал более равномерную выходную мощность (что важно только для одно- или двухцилиндровых двигателей) и имел почти вдвое большую мощность по сравнению с массой. передаточное отношение двигателя Отто. Двухтактный двигатель с циклом Отто (он никогда не стал известен как цикл Клерка) стал успешным в качестве небольшого и легкого двигателя для лодок, газонокосилок, пил и т. Д.

Тепловой КПД цикла Отто определяется как

(ηT) Otto = (W˙out) netQ˙H = Q˙H− | Q˙L | Q˙H = 1− | Q˙L | Q˙ H

, где из рисунка 13.48 | Q˙L | = m˙ (u2s − u3) и Q˙H = m˙ (u1 − u4s).

Тогда тепловой КПД Otto hot ASC составляет

(ηT) Ottohot ASC = 1 − u2s − u3u1 − u4s

Для Otto hot ASC , таблица C.16a или C.16b в термодинамических таблицах для сопровождения современной инженерной термодинамики используются для определения значений удельных внутренних энергий.Поскольку процессы с 1 по 2 с и с 3 по 4 с являются изоэнтропическими, мы используем столбцы v _r в этих таблицах, чтобы найти

v3v4s = vr3vr4 = v2sv1 = vr2vr1 = CR

, где CR = v3 / v4s — степень изоэнтропического сжатия. Если температура и давление на входе ( T ₃ и p ₃ ) известны, мы можем найти u ₃ и v _{r 3} из таблицы.Затем, если мы знаем степень сжатия (CR), мы можем найти

vr4 = vr3CR и vr2 = vr1 × CR

Теперь мы можем найти u _{4 s} и T _{4 s} из таблиц. Однако, чтобы найти u ₁ , T ₁ , u _2s и T _2s , нам необходимо знать больше информации о системе. Следовательно, теплота сгорания ( Q _H / м = Q˙H / m˙), максимальное давление ( p ₁ ) или максимальная температура ( T ₁ ) в цикле обычно дается завершить анализ.

Для Otto холодный ASC ,

| Q˙L | = m˙ (u2s − u3) = m˙cv (T2s − T3) и Q˙H = m˙ (u1 − u4s) = m˙cv (T1 − T4s).

Тогда

(ηT) Ottocold ASC = 1 − T2s − T3T1 − T4s = 1− (T3T4s) (T2s / T3−1T1 / T4s − 1)

Процесс с 1 по 2 с и процесс 3 по 4 s изоэнтропичны, поэтому

T1 / T2s = T4s / T3 = (v1 / v2s) 1 − k = (v4s / v3) 1 − k = (p1 / p2s) (k − 1) / k = ( p4s / p3) (k − 1) / k

Так как T1 / T4s = T2s / T3,

(13.30) (ηT) Ottocold ASC = 1 − T3 / T4s = 1 − PR (1 − k) / k = 1 − CR1 − k

, где CR = v3 / v4s — степень изоэнтропического сжатия, а PR = p4s / p3 — степень изоэнтропического давления.

Поскольку T3 = TL, но T4s T ₁ и T ₃ ). Поскольку цикл Отто требует процесса сгорания с постоянным объемом, он может эффективно осуществляться только в пределах поршневого цилиндра или другого устройства с фиксированным объемом с помощью почти мгновенного процесса быстрого сгорания.

Изэнтропическая степень сжатия бензинового двигателя с циклом Отто новой газонокосилки составляет 8.От 00 до 1, а температура входящего воздуха составляет T ₃ = 70,0 ° F при давлении p ₃ = 14,7 фунтов на кв. Дюйм. Определить

а.

Температура воздуха в конце такта изоэнтропического сжатия T _{4 с} .

б.

Давление в конце такта изоэнтропического сжатия перед воспламенением p _{4 s} .

г.

Тепловой КПД двигателя Otto cold ASC.

Решение

а.

Степень изоэнтропического сжатия для двигателя с циклом Отто определяется как

CR = v3v4s = (T3T4s) 11 − k

, откуда мы получаем

T4s = T3CR1 − k = T3 × CRk − 1 = (70,0 + 459,67 R ) (8,00) 0,40 = 1220 Р

б.

Для цикла Отто изоэнтропическое давление и степени сжатия связаны соотношением PR = CR ^k , где PR = p4s / p3 и CR = v ₃ / v _{4 s} .Тогда

p4s = p3CRk = (14,7 фунтов на кв. Дюйм) (8,00) 1,40 = 270. psia

c.

Уравнение (13.30) дает тепловой КПД холодного ASC Отто как

(ηT) Ottocold ASC = 1 − T3T4s = 1 − PR1 − kk = 1 − CR1 − k = 1− (8,00) 1−1,40 = 0,565 = 56,5%

Упражнения

40.

Если газонокосилку в примере 13.14 оставляют на улице в холодный день, когда температура T ₃ понижается с 70,0 ° F до 30,0 ° F, определите новую температура в конце такта изоэнтропического сжатия.Предположим, что все остальные переменные не изменились. Ответ : T _{4 s} = 1130 R.

41.

Если зазор газонокосилки в Примере 13.14 уменьшается так, что степень сжатия увеличивается с 8,00 до 8,50 до 1, определите новое давление в конце такта изоэнтропического сжатия. Предположим, что все остальные переменные не изменились. Ответ : p _{4 s} = 294.1 фунт / кв. Дюйм.

42.

Если максимальная температура в цикле ( T _{4 с} ) составляет 2400 R, определите тепловой КПД цикла Отто hot ASC этого двигателя. Предположим, что все остальные переменные не изменились. Ответ : ( η _T ) _{Otto hot ASC} = 52,8%.

Фактическая диаграмма давление-объем для двигателя, работающего на газовом или паросиловом цикле, называется диаграммой индикатора , ¹⁰ , а замкнутая площадь равна чистой реверсивной работе, производимой внутри двигателя. среднее эффективное давление (МПа) поршневого двигателя — это среднее эффективное давление , действующее на поршень во время его перемещения. Значение обозначено (или реверсивной) выходной мощностью (WI) поршня — это чистая положительная площадь, ограниченная индикаторной диаграммой, как показано на рисунке 13.49, и равна произведению mep и смещения поршня, V̶2− V̶1 = π4 (Диаметр отверстия) 2 (Ход), или

(13,31) (WI) out = mep (V̶2 − V̶1)

Рисунок 13.49. Соотношение среднего эффективного давления (mep) и индикаторной диаграммы.

Номер указал выходную мощность (Вт˙I) — это чистая (реверсивная) мощность, развиваемая внутри всех камер сгорания двигателя, содержащего n цилиндров и составляет

(13,32) (Вт˙I) вне = mep (n) (V̶2 − V̶1) (N / C)

, где N — частота вращения двигателя, а C — количество оборотов коленчатого вала за рабочий такт ( C = 1 для двух -тактный цикл и C = 2 для четырехтактного цикла).Фактическая выходная мощность двигателя , измеренная динамометром, называется тормозной мощностью (Вт˙Б), а разница между указанной мощностью и мощностью торможения известна как мощность трения (т. Е. Мощность рассеивается на внутреннем трении двигателя) W˙F, или

(W˙I) out = (W˙B) out + W˙F

, следовательно, механический КПД двигателя η _м просто равен ( см. таблицу 13.2)

(13,33) ηm = W˙actualW˙reversible = (W˙B) out (W˙I) out = 1 − W −F (W˙I) out

Из уравнения.(13.31) можно записать

mep = (WI) out / (V̶2 − V̶1) = ((WI) out / ma) / v2 − v1 = [(W˙I) out / m˙a] / (v2 −v1)

, где m _a и m˙a — масса воздуха в цилиндре и массовый расход воздуха в цилиндре, соответственно. ASC (т.е. реверсивный или указанный, см. Таблицу 13.2) тепловой КПД любого двигателя внутреннего или внешнего сгорания теперь можно записать как

(ηT) ASC = (W˙out) reversibleQ˙in = (W˙1) outQ˙fuel = (W˙1) out / m˙aQ˙fuel / m˙a

, где Q˙in = Q˙fuel — теплотворная способность топлива.Объединение этих уравнений дает

mep = (ηT) ASC (Q˙fuel / m˙a) v2 − v1 = (ηT) ASC (Q˙fuel / m˙fuel) (A / F) (v2 − v1)

где A / F = m˙a / m˙fuel — соотношение воздух-топливо в двигателе. Теперь

v2 − v1 = v1 (v2 / v1−1) = RT1 (CR − 1) / p1

, поэтому уравнение. (13.32) становится

(13.34) (W˙1) out = (ηT) ASC (Q˙ / m˙) топливо (DNp1 / C) (A / F) (RT1) (CR − 1)

где D = n (V̶2 − V̶1) = π4 (Диаметр цилиндра) 2 × (Ход) × (Количество цилиндров) — общий рабочий объем поршня двигателя. Уравнение (13.34) позволяет нам определить выходную мощность идеального двигателя внутреннего сгорания без трения, и, когда доступны фактические данные динамометрических испытаний, уравнение.(13.33) позволяет определить механический КПД двигателя.