محتوا:

انبساط حرارتی

طبقه بندی ICE

اصل عملیات

تعادل حرارتی موتور

نوآوری

معرفی

رشد چشمگیر همه بخش های اقتصاد ملی مستلزم جابجایی تعداد زیادی کالا و مسافر است. قدرت مانور بالا، قابلیت عبور از کشور و سازگاری با کار در شرایط مختلف، خودرو را به یکی از اصلی ترین وسایل حمل و نقل کالا و مسافر تبدیل کرده است.

حمل و نقل جاده ای نقش مهمی در توسعه مناطق شرقی و غیر چرنوزم کشورمان دارد. نبود شبکه توسعه‌یافته راه‌آهن و استفاده محدود از رودخانه‌ها برای کشتیرانی، خودرو را به وسیله اصلی حمل‌ونقل در این مناطق تبدیل کرده است.

حمل و نقل جاده ای در روسیه به تمام بخش های اقتصاد ملی خدمت می کند و یکی از مکان های پیشرو در سیستم حمل و نقل یکپارچه کشور را اشغال می کند. سهم حمل‌ونقل جاده‌ای بیش از 80 درصد از کالاهای حمل‌ونقل شده توسط همه شیوه‌های حمل و نقل و بیش از 70 درصد از ترافیک مسافری را تشکیل می‌دهد.

حمل و نقل جاده ای در نتیجه توسعه شاخه جدیدی از اقتصاد ملی ایجاد شد - صنعت خودروسازی که در مرحله فعلی یکی از حلقه های اصلی صنعت مهندسی داخلی است.

آغاز ایجاد ماشین بیش از دویست سال پیش گذاشته شد (نام "ماشین" از کلمه یونانی autos - "خود" و لاتین mobilis - "موبایل" گرفته شده است)، زمانی که آنها شروع به تولید "خود" کردند. گاری های پیشران آنها برای اولین بار در روسیه ظاهر شدند. در سال 1752، ال. شمشورنکوف، دهقان مکانیک خودآموخته روسی، یک "کالسکه خودگردان" کاملاً مناسب زمان خود را ایجاد کرد که با قدرت دو نفر به حرکت درآمد. بعدها، مخترع روسی I.P. Kulibin یک "گاری اسکوتر" با یک پدال درایو ایجاد کرد. با ظهور ماشین بخار، ایجاد چرخ دستی های خودکششی به سرعت پیشرفت کرد. در 1869-1870. J. Cugno در فرانسه و چند سال بعد در انگلستان ماشین های بخار ساخته شدند. استفاده گسترده از خودرو به عنوان وسیله نقلیه با ظهور موتور احتراق داخلی پرسرعت آغاز شد. در سال 1885، G. Daimler (آلمان) یک موتور سیکلت با موتور بنزینی، و در سال 1886، K. Benz - یک چرخ دستی سه چرخ ساخت. تقریباً در همان زمان ، در کشورهای صنعتی (فرانسه ، بریتانیا ، ایالات متحده آمریکا) اتومبیل هایی با موتورهای احتراق داخلی ایجاد شد.

در پایان قرن نوزدهم، صنعت خودرو در تعدادی از کشورها ظهور کرد. در روسیه تزاری، مکرراً تلاش هایی برای سازماندهی مهندسی مکانیک خود انجام شد. در سال 1908، تولید خودرو در کارخانه حمل و نقل روسیه-بالتیک در ریگا سازماندهی شد. به مدت شش سال در اینجا اتومبیل هایی تولید می شد که عمدتاً از قطعات وارداتی مونتاژ می شدند. در مجموع، این کارخانه 451 خودرو و تعداد کمی کامیون ساخت. در سال 1913، پارکینگ خودرو در روسیه حدود 9000 خودرو بود که بیشتر آنها تولید خارجی بودند. پس از انقلاب کبیر سوسیالیستی اکتبر، صنعت خودروسازی داخلی باید تقریباً از نو ایجاد می شد. آغاز توسعه صنعت خودروسازی روسیه به سال 1924 باز می گردد، زمانی که اولین کامیون های AMO-F-15 در کارخانه AMO در مسکو ساخته شد.

در دوره 1931-1941. تولید خودرو در مقیاس بزرگ و انبوه ایجاد می شود. در سال 1931 تولید انبوه کامیون ها در کارخانه AMO آغاز شد. در سال 1932، کارخانه GAZ به بهره برداری رسید.

در سال 1940 کارخانه اتومبیل های کوچک مسکو تولید اتومبیل های کوچک را آغاز کرد. کمی بعد، کارخانه خودروسازی اورال ایجاد شد. در طول سال های برنامه های پنج ساله پس از جنگ، کارخانه های خودروسازی کوتایسی، کرمنچوگ، اولیانوفسک، مینسک به بهره برداری رسید. از اواخر دهه 60، توسعه صنعت خودرو با سرعت ویژه ای مشخص شده است. در سال 1971، کارخانه خودروسازی ولگا به نام V.I. پنجاهمین سالگرد اتحاد جماهیر شوروی.

در سال‌های اخیر، کارخانه‌های صنعت خودروسازی بر بسیاری از مدل‌های تجهیزات مدرن و جدید خودرو، از جمله برای صنایع کشاورزی، ساخت‌وساز، تجارت، نفت و گاز و جنگل‌داری تسلط یافته‌اند.

موتورهای احتراق داخلی

در حال حاضر تعداد زیادی دستگاه وجود دارد که از انبساط حرارتی گازها استفاده می کنند. چنین وسایلی شامل موتور کاربراتوری، موتورهای دیزلی، موتورهای توربوجت و غیره است.

موتورهای حرارتی را می توان به دو گروه اصلی تقسیم کرد:

موتورهای احتراق خارجی - موتورهای بخار، توربین های بخار، موتورهای استرلینگ و غیره.
موتورهای احتراق داخلی. به عنوان نیروگاه برای خودروها، موتورهای احتراق داخلی بیشترین استفاده را دارند که در آنها فرآیند احتراق

سوخت با آزاد شدن گرما و تبدیل آن به کار مکانیکی مستقیماً در سیلندرها رخ می دهد. اکثر خودروهای مدرن مجهز به موتورهای احتراق داخلی هستند.

مقرون به صرفه ترین موتورهای پیستونی و ترکیبی احتراق داخلی هستند. آنها عمر مفید نسبتاً طولانی، ابعاد و وزن کلی نسبتاً کوچک دارند. نقطه ضعف اصلی این موتورها را باید حرکت رفت و برگشتی پیستون در نظر گرفت که همراه با وجود مکانیزم میل لنگ است که طراحی را پیچیده می کند و امکان افزایش سرعت را به خصوص در اندازه های قابل توجه موتور محدود می کند.

و اکنون کمی در مورد اولین موتورهای احتراق داخلی. اولین موتور احتراق داخلی (ICE) در سال 1860 توسط مهندس فرانسوی Ethwen Lenoir ساخته شد، اما این ماشین هنوز بسیار ناقص بود.

در سال 1862، مخترع فرانسوی Beau de Rocha استفاده از چرخه چهار زمانه را در یک موتور احتراق داخلی پیشنهاد کرد:

مکش؛
فشرده سازی؛
احتراق و انبساط؛
اگزوز

این ایده توسط مخترع آلمانی N. Otto استفاده شد که اولین موتور احتراق داخلی چهار زمانه را در سال 1878 ساخت. راندمان چنین موتوری به 22٪ رسید که از مقادیر به دست آمده در هنگام استفاده از موتورهای انواع قبلی فراتر رفت.

گسترش سریع موتورهای احتراق داخلی در صنعت، حمل و نقل، کشاورزی و انرژی ثابت به دلیل تعدادی از ویژگی های مثبت آنها بود.

اجرای چرخه موتور احتراق داخلی در یک سیلندر با تلفات کم و اختلاف دمای قابل توجه بین منبع حرارتی و کولر، کارایی بالای این موتورها را تضمین می کند. راندمان بالا یکی از ویژگی های مثبت موتورهای احتراق داخلی است.

در بین موتورهای احتراق داخلی، دیزل در حال حاضر موتوری است که انرژی شیمیایی سوخت را در طیف وسیعی از تغییرات قدرت با بالاترین بازده به کار مکانیکی تبدیل می کند. با توجه به اینکه ذخایر سوخت نفت محدود است، این کیفیت موتورهای دیزل اهمیت ویژه ای دارد.

ویژگی های مثبت موتورهای احتراق داخلی باید شامل این واقعیت نیز باشد که می توان آنها را تقریباً به هر مصرف کننده انرژی متصل کرد. این به دلیل امکانات گسترده برای به دست آوردن ویژگی های مناسب تغییر قدرت و گشتاور این موتورها است. موتورهای مورد نظر با موفقیت در اتومبیل ها، تراکتورها، ماشین های کشاورزی، لوکوموتیوهای دیزلی، کشتی ها، نیروگاه ها و غیره استفاده می شوند. موتورهای احتراق داخلی با سازگاری خوب با مصرف کننده متمایز می شوند.

هزینه اولیه نسبتاً کم، فشردگی و وزن کم موتورهای احتراق داخلی، امکان استفاده گسترده از آنها را در نیروگاه هایی که پرکاربرد هستند و دارای محفظه موتور کوچک هستند، ممکن ساخته است.

تاسیسات با موتورهای احتراق داخلی استقلال زیادی دارند. حتی هواپیماهایی با موتورهای احتراق داخلی می توانند ده ها ساعت بدون سوخت مجدد پرواز کنند.

یک کیفیت مثبت مهم موتورهای احتراق داخلی، توانایی راه اندازی سریع آنها در شرایط عادی است. موتورهایی که در دماهای پایین کار می کنند مجهز به دستگاه های ویژه ای برای تسهیل و تسریع راه اندازی هستند. پس از راه اندازی، موتورها می توانند بار کامل را نسبتاً سریع تحمل کنند. موتورهای احتراق داخلی دارای گشتاور ترمز قابل توجهی هستند که هنگام استفاده از آنها در تاسیسات حمل و نقل بسیار مهم است.

کیفیت مثبت دیزل ها توانایی یک موتور برای کارکردن با سوخت های زیاد است. اینگونه است که طراحی موتورهای چند سوختی خودرو و همچنین موتورهای دریایی پرقدرت که با سوخت های مختلف - از دیزل گرفته تا روغن دیگ کار می کنند - شناخته شده است.

اما در کنار ویژگی های مثبت موتورهای احتراق داخلی، آنها دارای معایبی هستند. در این میان، توان کل در مقایسه با توربین‌های بخار و گاز، سطح سر و صدای بالا، سرعت نسبتاً بالای میل لنگ در هنگام راه‌اندازی و عدم امکان اتصال مستقیم آن به چرخ‌های محرک مصرف‌کننده، سمیت گازهای خروجی، محدود است. ، حرکت رفت و برگشتی پیستون، محدود کردن سرعت و علت پیدایش نیروهای اینرسی نامتعادل و گشتاورها از آنها می باشد.

اما ایجاد موتورهای احتراق داخلی، توسعه و کاربرد آنها غیرممکن خواهد بود، اگر به خاطر اثر انبساط حرارتی نباشد. از این گذشته ، در فرآیند انبساط حرارتی ، گازهای گرم شده تا دمای بالا کار مفیدی انجام می دهند. به دلیل احتراق سریع مخلوط در سیلندر یک موتور احتراق داخلی، فشار به شدت افزایش می یابد و تحت تأثیر آن پیستون در سیلندر حرکت می کند. و این کارکرد بسیار ضروری تکنولوژیکی است، یعنی. عمل نیرو، ایجاد فشارهای بالا که با انبساط حرارتی انجام می شود و برای آن از این پدیده در فناوری های مختلف و به ویژه در موتورهای احتراق داخلی استفاده می شود.

انبساط حرارتی

انبساط حرارتی تغییر در اندازه جسم در طول گرمایش هم‌بار (در فشار ثابت) است. از نظر کمی، انبساط حرارتی با ضریب دمایی انبساط حجمی B=(1/V)*(dV/dT)p مشخص می شود، که در آن V حجم، T دما، p فشار است. برای اکثر اجسام B> 0 (یک استثنا، برای مثال، آب است که در آن، در محدوده دمایی از 0 تا 4 درجه سانتیگراد B

کاربردهای انبساط حرارتی.

انبساط حرارتی کاربرد خود را در انواع مدرن پیدا کرده است

فن آوری ها

به طور خاص، می توان در مورد استفاده از انبساط حرارتی گاز در مهندسی حرارت گفت. بنابراین، به عنوان مثال، این پدیده در موتورهای حرارتی مختلف استفاده می شود، یعنی. در موتورهای احتراق داخلی و خارجی: در موتورهای دوار، موتورهای جت، موتورهای توربوجت، نیروگاه های توربین گازی، وانکل، موتورهای استرلینگ، نیروگاه های هسته ای. انبساط حرارتی آب در توربین های بخار و غیره استفاده می شود. همه اینها به نوبه خود توزیع گسترده ای در بخش های مختلف اقتصاد ملی پیدا کرده است.

به عنوان مثال، موتورهای احتراق داخلی بیشترین کاربرد را در تاسیسات حمل و نقل و ماشین های کشاورزی دارند. در صنعت برق ثابت، موتورهای احتراق داخلی به طور گسترده در نیروگاه های کوچک، قطارهای برق و نیروگاه های اضطراری استفاده می شود. موتورهای احتراق داخلی نیز به طور گسترده ای به عنوان محرک برای کمپرسورها و پمپ ها برای تامین گاز، روغن، سوخت مایع و غیره استفاده می شوند. از طریق خطوط لوله، در تولید کارهای اکتشافی، برای راندن دکل های حفاری هنگام حفاری چاه در میادین گاز و نفت. موتورهای توربوجت به طور گسترده در هوانوردی استفاده می شوند. توربین های بخار موتور اصلی برای به حرکت درآوردن ژنراتورهای الکتریکی در نیروگاه های حرارتی هستند. از توربین های بخار برای به حرکت درآوردن دمنده های گریز از مرکز، کمپرسورها و پمپ ها نیز استفاده می شود. حتی ماشین های بخار نیز وجود دارند، اما به دلیل پیچیدگی طراحی، محبوبیت زیادی کسب نکرده اند.

انبساط حرارتی نیز در رله های حرارتی مختلف استفاده می شود.

اصل عملکرد آن بر اساس انبساط خطی لوله و

میله ساخته شده از مواد با دمای مختلف

ضریب انبساط خطی

موتورهای احتراق داخلی متقابل

همانطور که در بالا ذکر شد، انبساط حرارتی در موتورهای احتراق داخلی استفاده می شود. ولی

نحوه اعمال و عملکرد آن را بررسی خواهیم کرد

در مثالی از عملکرد یک موتور احتراق داخلی پیستونی.

موتور ماشینی است که هر انرژی را به کار مکانیکی تبدیل می کند. موتورهایی که در آنها کار مکانیکی در نتیجه تبدیل انرژی حرارتی ایجاد می شود، حرارتی نامیده می شود. انرژی حرارتی با سوزاندن هر سوختی به دست می آید. موتور حرارتی که در آن بخشی از انرژی شیمیایی سوخت سوزانده شده در حفره کار به انرژی مکانیکی تبدیل می شود، موتور احتراق داخلی متقابل نامیده می شود. (فرهنگ دایره المعارف شوروی)

طبقه بندی ICE

همانطور که در بالا ذکر شد، به عنوان نیروگاه خودروها، پرکاربردترین آنها موتورهای احتراق داخلی هستند که در آنها فرآیند احتراق سوخت با آزاد شدن گرما و تبدیل آن به کار مکانیکی مستقیماً در سیلندرها اتفاق می افتد. اما در اکثر خودروهای مدرن موتورهای احتراق داخلی نصب می شوند که بر اساس معیارهای مختلف طبقه بندی می شوند:

با روش تشکیل مخلوط - موتورهایی با تشکیل مخلوط خارجی که در آن مخلوط قابل احتراق خارج از سیلندرها (کاربراتور و گاز) تهیه می شود و موتورهایی با تشکیل مخلوط داخلی (مخلوط کار در داخل سیلندرها تشکیل می شود) - موتورهای دیزل.

با توجه به روش اجرای چرخه کاری - چهار زمانه و دو زمانه.

با توجه به تعداد سیلندرها - تک سیلندر، دو سیلندر و چند سیلندر؛

با توجه به آرایش سیلندرها - موتورهای عمودی یا شیبدار

چیدمان سیلندرها در یک ردیف، V شکل با آرایش سیلندرها در زاویه (زمانی که سیلندرها در زاویه 180 قرار دارند، موتور را موتوری با سیلندرهای مخالف یا مخالف می گویند).

با توجه به روش خنک کننده - برای موتورهای دارای مایع یا هوا

خنک کننده؛

بر اساس نوع سوخت مورد استفاده - بنزین، گازوئیل، گاز و

چند سوختی؛

درجه فشرده سازی. بسته به درجه تراکم، موتورهای تراکم بالا (E=12...18) و کم (E=4...9) متمایز می شوند.

با توجه به روش پر کردن سیلندر با شارژ تازه:

الف) موتورهای تنفس طبیعی که در آنها هوا یا مخلوط قابل احتراق ورودی است

به دلیل خلاء در سیلندر در طول مکش انجام می شود

ب) موتورهای سوپرشارژ که در آنها هوا یا مخلوط قابل احتراق وارد می شود

سیلندر کار تحت فشار ایجاد شده توسط کمپرسور، با

به منظور افزایش شارژ و به دست آوردن افزایش قدرت موتور؛

با سرعت: سرعت کم، افزایش سرعت،

سرعت بالا؛

با توجه به هدف، موتورها ثابت، اتوتراکتور،

کشتی، لوکوموتیو، هوانوردی و غیره

مبانی موتورهای احتراق داخلی پیستونی

موتورهای احتراق داخلی پیستونی از مکانیسم ها و سیستم هایی تشکیل شده اند که عملکرد مشخصی دارند

عملکرد و تعامل آنها با یکدیگر. بخش های اصلی از جمله

موتور یک مکانیسم میل لنگ و مکانیزم توزیع گاز و همچنین سیستم های قدرت، خنک کننده، احتراق و روانکاری است.

مکانیسم میل لنگ، حرکت رفت و برگشتی مستقیم پیستون را به حرکت چرخشی میل لنگ تبدیل می کند.

مکانیسم توزیع گاز، مصرف به موقع سوخت را تضمین می کند

مخلوط به سیلندر و حذف محصولات احتراق از آن.

سیستم منبع تغذیه برای تهیه و تامین سوخت طراحی شده است

مخلوط در سیلندر، و همچنین برای حذف محصولات احتراق.

سیستم روانکاری برای تامین روغن به فعل و انفعال عمل می کند

قطعات به منظور کاهش نیروی اصطکاک و خنک کردن جزئی آنها،

همراه با این، گردش روغن منجر به شستشوی رسوبات و حذف آنها می شود

پوشیدن محصولات

سیستم خنک کننده شرایط دمایی معمولی را حفظ می کند

عملکرد موتور، فراهم کردن حذف گرما از حرارت بسیار بالا

در حین احتراق مخلوط کاری قطعات سیلندر گروه پیستون و

مکانیزم سوپاپ

سیستم جرقه زنی برای مشتعل کردن مخلوط کار در داخل طراحی شده است

سیلندر موتور

بنابراین، یک موتور پیستونی چهار زمانه از یک سیلندر و

میل لنگ که از پایین توسط پالت بسته می شود. یک پیستون با حلقه های فشاری (آب بندی) در داخل سیلندر حرکت می کند که به شکل یک لیوان است که در قسمت بالایی آن ته دارد. پیستون از طریق پین پیستون و شاتون به میل لنگ متصل می شود که در یاتاقان های اصلی واقع در میل لنگ می چرخد. میل لنگ از ژورنال های اصلی، گونه ها و ژورنال شاتون تشکیل شده است. سیلندر، پیستون، شاتون و میل لنگ به اصطلاح مکانیزم میل لنگ را تشکیل می دهند. بالای سیلندر پوشیده شده است

یک سر با سوپاپ ها و باز و بسته شدن آن کاملاً با چرخش میل لنگ و در نتیجه با حرکت پیستون هماهنگ است.

حرکت پیستون به دو موقعیت شدید محدود می شود، با

که سرعت آن صفر است موقعیت بالای پیستون

به نام نقطه مرگ بالا (TDC)، پایین ترین موقعیت آن

نقطه مرده پایین (BDC).

حرکت بدون توقف پیستون از طریق نقاط مرده تضمین می شود

فلایویل به شکل دیسک با لبه عظیم.

مسافت طی شده توسط پیستون از TDC تا BDC را کورس می گویند.

پیستون S که برابر با دو برابر شعاع R میل لنگ است: S=2R.

فضای بالای تاج پیستون زمانی که در TDC است نامیده می شود

محفظه احتراق؛ حجم آن با Vс مشخص می شود. فضای سیلندر بین دو نقطه مرده (BDC و TDC) را حجم کاری آن می گویند و با Vh نشان می دهند. مجموع حجم محفظه احتراق Vc و حجم کار Vh حجم کل سیلندر Va است: Va=Vc+Vh. حجم کار سیلندر (در سانتی متر یا متر مکعب اندازه گیری می شود): Vh \u003d pD ^ 3 * S / 4، که در آن D قطر سیلندر است. مجموع تمام حجم های کاری سیلندرهای یک موتور چند سیلندر را حجم کار موتور می گویند، با فرمول Vр=(pD^2*S)/4*i تعیین می شود، جایی که i عدد است. از سیلندرها نسبت حجم کل سیلندر Va به حجم محفظه احتراق Vc را نسبت تراکم می گویند: E=(Vc+Vh)Vc=Va/Vc=Vh/Vc+1. نسبت تراکم یکی از پارامترهای مهم موتورهای احتراق داخلی است، زیرا. به شدت بر کارایی و قدرت آن تأثیر می گذارد.

اصل عملیات

عملکرد یک موتور احتراق داخلی پیستونی مبتنی بر استفاده از کار انبساط حرارتی گازهای گرم شده در طول حرکت پیستون از TDC به BDC است. گرمایش گازها در موقعیت TDC در نتیجه احتراق در سیلندر سوخت مخلوط با هوا حاصل می شود. این باعث افزایش دما و فشار گاز می شود. زیرا فشار زیر پیستون برابر با اتمسفر است و در سیلندر بسیار بیشتر است ، سپس تحت تأثیر اختلاف فشار پیستون به سمت پایین حرکت می کند ، در حالی که گازها منبسط می شوند و کار مفیدی انجام می دهند. اینجاست که انبساط حرارتی گازها خود را احساس می کند و عملکرد تکنولوژیکی آن در اینجا نهفته است: فشار روی پیستون. برای اینکه موتور دائماً انرژی مکانیکی تولید کند، سیلندر باید به صورت دوره‌ای با قسمت‌های جدید هوا از طریق سوپاپ ورودی پر شود و سوخت از طریق نازل یا مخلوطی از هوا و سوخت از طریق سوپاپ ورودی تامین شود. محصولات حاصل از احتراق سوخت پس از انبساط آنها از طریق دریچه ورودی از سیلندر خارج می شوند. این وظایف توسط مکانیزم توزیع گاز که باز و بسته شدن سوپاپ ها و سیستم تامین سوخت را کنترل می کند، انجام می شود.

اصل کارکرد موتور کاربراتوری چهار زمانه

سیکل کار موتور را یک سری دوره ای تکرار شونده می نامند

فرآیندهای متوالی در هر سیلندر موتور و

باعث تبدیل انرژی حرارتی به کار مکانیکی می شود.

اگر چرخه کار در دو حرکت پیستون کامل شود، یعنی. در هر چرخش میل لنگ ، چنین موتوری دو زمانه نامیده می شود.

موتورهای خودرو معمولاً به صورت چهار زمانه کار می کنند

چرخه ای که در دو دور یا چهار دور میل لنگ کامل می شود

حرکت پیستون و شامل ضربات ورودی، فشرده سازی، انبساط (کار

حرکت کنید) و رها کنید.

در یک موتور تک سیلندر چهار زمانه کاربراتوری، چرخه کار به شرح زیر است:

1. سکته مغزی مصرفی. همانطور که میل لنگ موتور نیم چرخش خود را انجام می دهد، پیستون از TDC به BDC حرکت می کند، دریچه ورودی باز است، دریچه اگزوز بسته می شود. خلاء 0.07 - 0.095 مگاپاسکال در سیلندر ایجاد می شود، در نتیجه یک شارژ تازه از مخلوط قابل احتراق، متشکل از بنزین و بخارات هوا، از طریق خط لوله گاز ورودی به سیلندر مکیده می شود و با اگزوز باقی مانده مخلوط می شود. گازها، یک مخلوط کاری تشکیل می دهد.

2. سکته فشاری. پس از پر کردن سیلندر با مخلوط قابل احتراق، با چرخش بیشتر میل لنگ (نیم چرخش دوم)، پیستون با بسته شدن سوپاپ ها از BDC به TDC حرکت می کند. با کاهش حجم، دما و فشار مخلوط کار افزایش می یابد.

3. استروک اکستنشن یا پاور استروک. در پایان کورس تراکم، مخلوط کار با یک جرقه الکتریکی مشتعل شده و به سرعت می سوزد، در نتیجه دما و فشار گازهای حاصل به شدت افزایش می یابد، در حالی که پیستون از TDC به BDC حرکت می کند.

در طول کورس انبساط، میله اتصال به صورت محوری به پیستون متصل می شود

یک حرکت پیچیده را انجام می دهد و از طریق میل لنگ می چرخد

میل لنگ همانطور که گازها منبسط می شوند، کار مفیدی انجام می دهند، بنابراین

حرکت پیستون در نیمه سوم چرخش میل لنگ کار نامیده می شود

در انتهای حرکت پیستون، زمانی که نزدیک BDC است

دریچه اگزوز باز می شود، فشار در سیلندر به 0.3 کاهش می یابد -

0.75 مگاپاسکال و دما تا 950 - 1200 درجه سانتیگراد است.

4. سکته مغزی را رها کنید. در نیمه چهارم چرخش میل لنگ، پیستون از BDC به TDC حرکت می کند. در این حالت، دریچه اگزوز باز است و محصولات احتراق از طریق خط لوله گاز اگزوز از سیلندر به اتمسفر رانده می شوند.

اصل عملکرد یک موتور دیزل چهار زمانه

در یک موتور چهار زمانه، فرآیندهای کاری به شرح زیر انجام می شود:

1. سکته مغزی مصرفی. هنگامی که پیستون از TDC به BDC حرکت می کند، به دلیل خلاء ایجاد شده از پاک کننده هوا، هوای اتمسفر از طریق دریچه ورودی باز وارد حفره سیلندر می شود. فشار هوا در سیلندر 0.08 - 0.095 مگاپاسکال و دما 40 - 60 درجه سانتیگراد است.

2. سکته فشاری. پیستون از BDC به TDC حرکت می کند. دریچه های ورودی و خروجی بسته هستند، در نتیجه پیستون در حال حرکت به سمت بالا هوای ورودی را فشرده می کند. برای احتراق سوخت لازم است که دمای هوای فشرده بیشتر از دمای خود اشتعال سوخت باشد. هنگامی که پیستون به سمت TDC حرکت می کند، سیلندر از طریق نازل سوخت دیزلی که توسط پمپ سوخت تامین می شود، تزریق می شود.

3. سکته مغزی گسترش، یا سکته مغزی کار. سوخت تزریق شده در پایان ضربه فشرده سازی، مخلوط شدن با هوای گرم شده، مشتعل می شود و فرآیند احتراق آغاز می شود که با افزایش سریع دما و فشار مشخص می شود. در این مورد، حداکثر فشار گاز به 6 - 9 مگاپاسکال می رسد و دما 1800 - 2000 C است. تحت تأثیر فشار گاز، پیستون 2 از TDC به BDC حرکت می کند - یک ضربه کار رخ می دهد. در نزدیکی LDC، فشار به 0.3-0.5 مگاپاسکال و دما به 700-900 C کاهش می یابد.

4. سکته مغزی را رها کنید. پیستون از BDC به TDC حرکت می کند و گازهای خروجی از سیلندر از طریق دریچه اگزوز باز 6 به بیرون رانده می شوند. فشار گاز به 0.11 - 0.12 مگاپاسکال و دما به 500-700 C کاهش می یابد. پس از پایان کورس اگزوز، با چرخش بیشتر میل لنگ، چرخه کار به همان ترتیب تکرار می شود.

اصل کارکرد موتور دو زمانه

تفاوت موتورهای دو زمانه با موتورهای چهار زمانه در این است که سیلندرهای آنها با مخلوط یا هوای قابل احتراق در ابتدای حرکت تراکم پر می شود و سیلندرها از گازهای خروجی در انتهای سکته انبساط پاک می شوند، یعنی. فرآیندهای اگزوز و مکش بدون ضربات مستقل پیستون انجام می شود. فرآیند کلی برای همه انواع موتورهای دو زمانه اسکرابینگ است، یعنی. فرآیند حذف گازهای خروجی از یک سیلندر با استفاده از جریانی از مخلوط قابل احتراق یا هوا. بنابراین این نوع موتور دارای کمپرسور (پمپ اسکنج) می باشد. عملکرد یک موتور کاربراتوری دو زمانه با پاکسازی محفظه میل لنگ را در نظر بگیرید. این نوع موتورها سوپاپ ندارند، نقش آنها را یک پیستون ایفا می کند که هنگام حرکت، پنجره های ورودی، خروجی و پاکسازی را می بندد. از طریق این پنجره ها سیلندر در لحظات خاصی با خطوط لوله ورودی و خروجی و محفظه لنگ (محل لنگ) ارتباط برقرار می کند که ارتباط مستقیمی با جو ندارد. سیلندر در قسمت میانی دارای سه پنجره ورودی، خروجی و تخلیه است که توسط یک سوپاپ با محفظه میل لنگ موتور ارتباط برقرار می کند. چرخه کار در موتور در دو چرخه انجام می شود:

1. سکته فشاری. پیستون از BDC به TDC حرکت می کند، ابتدا دریچه تصفیه و سپس درگاه اگزوز را می بندد. پس از بستن پنجره خروجی در سیلندر توسط پیستون، فشرده سازی مخلوط قابل احتراق که قبلاً وارد آن شده است آغاز می شود. در عین حال در محفظه میل لنگ به دلیل سفتی آن خلاء ایجاد می شود که تحت تأثیر آن مخلوط قابل احتراق از طریق پنجره باز ورودی از کاربراتور وارد محفظه میل لنگ می شود.

2. سکته مغزی. هنگامی که پیستون به TDC نزدیک است، فشرده می شود

مخلوط کاری توسط جرقه الکتریکی از شمع مشتعل می شود که در نتیجه دما و فشار گازها به شدت افزایش می یابد. تحت عمل انبساط حرارتی گازها، پیستون به سمت NDC حرکت می کند، در حالی که گازهای در حال انبساط کار مفیدی انجام می دهند. در همان زمان، پیستون نزولی پنجره ورودی را می بندد و مخلوط قابل احتراق را در محفظه میل لنگ فشرده می کند.

هنگامی که پیستون به درگاه اگزوز می رسد باز می شود و گازهای خروجی به اتمسفر رها می شوند و فشار در سیلندر کاهش می یابد. با حرکت بیشتر، پیستون پنجره تصفیه را باز می کند و مخلوط قابل احتراق فشرده شده در محفظه میل لنگ از طریق کانال جریان می یابد، سیلندر را پر می کند و آن را از بقایای گازهای خروجی پاک می کند.

چرخه کار یک موتور دیزل دو زمانه با چرخه کاری موتور کاربراتوری دو زمانه متفاوت است، زیرا دیزل به جای مخلوط قابل احتراق با هوا وارد سیلندر می شود و سوخت ریز اتمیزه شده در پایان فرآیند تراکم تزریق می شود. .

قدرت موتور دو زمانه با همان اندازه سیلندر و

سرعت شفت از نظر تئوری دو برابر سرعت چهار زمانه است

با چرخه های کاری بیشتر با این حال، استفاده ناقص

حرکت پیستون برای انبساط، بدترین آزادسازی سیلندر از باقیمانده

گازها و هزینه بخشی از توان تولید شده برای درایو تصفیه

کمپرسورها عملاً منجر به افزایش قدرت تنها توسط

چرخه کار کاربراتور چهار زمانه

و موتورهای دیزلی

چرخه کار یک موتور چهار زمانه از پنج فرآیند تشکیل شده است:

ورودی، تراکم، احتراق، انبساط و اگزوز، که برای

چهار ضربه یا دو دور چرخش میل لنگ.

نمایش گرافیکی فشار گازها با تغییر حجم در

سیلندر موتور در هر یک از چهار چرخه

نمودار نشانگر می دهد. می توان آن را از داده ها ساخت

محاسبه حرارتی یا حذف زمانی که موتور در حال کار با استفاده از

دستگاه ویژه - نشانگر.

فرآیند پذیرش ورودی مخلوط قابل احتراق پس از رهاسازی از انجام می شود

سیلندرهای اگزوز از چرخه قبلی شیر ورودی

با مقداری پیشروی به سمت TDC باز می شود تا زمانی که پیستون به TDC می رسد، سطح جریان بزرگتری در شیر بدست آید. جذب مخلوط قابل احتراق در دو دوره انجام می شود. در اولین دوره زمانی که پیستون به دلیل خلاء ایجاد شده در سیلندر از TDC به BDC حرکت می کند، مخلوط وارد می شود. در دوره دوم، ورودی مخلوط زمانی اتفاق می‌افتد که پیستون برای مدتی از BDC به TDC حرکت می‌کند که مربوط به چرخش 40 تا 70 میل لنگ به دلیل اختلاف فشار (روتور) و فشار دینامیکی مخلوط است. ورودی مخلوط قابل احتراق با بسته شدن دریچه ورودی به پایان می رسد. مخلوط قابل احتراق وارد شده به سیلندر با گازهای باقیمانده از چرخه قبلی مخلوط می شود و یک مخلوط قابل احتراق را تشکیل می دهد. فشار مخلوط در سیلندر در طول فرآیند مکش 70 تا 90 کیلو پاسکال است و به تلفات هیدرولیکی در سیستم ورودی موتور بستگی دارد. دمای مخلوط در پایان فرآیند آبگیری به دلیل تماس آن با قطعات موتور گرم شده و مخلوط شدن با گازهای باقیمانده با دمای 900 تا 1000 کلوین به 340 - 350 کلوین می رسد.

فرآیند فشرده سازی فشرده سازی مخلوط کاری در سیلندر

موتور، زمانی اتفاق می افتد که سوپاپ ها بسته می شوند و پیستون به داخل حرکت می کند

TDC. فرآیند فشرده سازی در حضور تبادل حرارت بین کار انجام می شود

مخلوط و دیواره ها (سیلندر، سر و تاج پیستون). در ابتدای فشرده سازی، دمای مخلوط کار کمتر از دمای دیواره ها است، بنابراین گرما از دیواره ها به مخلوط منتقل می شود. با فشرده سازی بیشتر، دمای مخلوط افزایش می یابد و از دمای دیواره ها بیشتر می شود، بنابراین گرمای مخلوط به دیواره ها منتقل می شود. بنابراین، فرآیند فشرده سازی با توجه به پالت انجام می شود که میانگین شاخص آن n=1.33...1.38 است. فرآیند فشرده سازی در لحظه احتراق مخلوط کار به پایان می رسد. فشار مخلوط کاری در سیلندر در انتهای فشرده سازی 0.8 - 1.5 مگاپاسکال و دما 600 - 750 K است.

فرآیند احتراق احتراق مخلوط کاری قبل از رسیدن شروع می شود

پیستون به TDC، یعنی. هنگامی که مخلوط فشرده شده توسط یک جرقه الکتریکی مشتعل می شود. پس از احتراق، جلوی شعله یک شمع سوزان از شمع در کل حجم محفظه احتراق با سرعت 40 - 50 متر بر ثانیه پخش می شود. با وجود چنین سرعت احتراق بالایی، این مخلوط در مدت زمانی که میل لنگ 30 - 35 شود می سوزد. در حین احتراق مخلوط کار، مقدار زیادی گرما در ناحیه مربوط به 10 - 15 قبل از TDC و 15 - 20 بعد از BDC آزاد می شود که در نتیجه فشار و دمای گازهای تشکیل شده در سیلندر به سرعت افزایش می یابد. .

در پایان احتراق، فشار گاز به 3-5 مگاپاسکال می رسد و دما به 2500-2800 کلوین می رسد.

فرآیند گسترش انبساط حرارتی گازهای موجود در سیلندر موتور پس از پایان فرآیند احتراق زمانی که پیستون به سمت BDC حرکت می کند، رخ می دهد. همانطور که گازها منبسط می شوند، کار مفیدی انجام می دهند. فرآیند انبساط حرارتی با تبادل حرارت شدید بین گازها و دیوارها (سیلندر، سر و تاج پیستون) ادامه می یابد. در ابتدای انبساط، مخلوط کار می سوزد، در نتیجه گازهای حاصل گرما دریافت می کنند. گازها در طول کل فرآیند انبساط حرارتی گرما را به دیوارها می دهند. دمای گازها در حین انبساط کاهش می یابد، بنابراین اختلاف دمای بین گازها و دیواره ها تغییر می کند. فرآیند انبساط حرارتی در امتداد پالت رخ می دهد که میانگین شاخص آن n2=1.23...1.31 است. فشار گاز در سیلندر در انتهای انبساط 0.35 - 0.5 MPa و دما 1200 - 1500 K است.

فرآیند انتشار انتشار گازهای خروجی از خروجی زمانی آغاز می شود که دریچه خروجی باز شود، یعنی. 40 - 60 قبل از رسیدن پیستون به BDC. خروج گازها از سیلندر در دو دوره انجام می شود. در دوره اول به دلیل اینکه فشار گاز در سیلندر بسیار بیشتر از فشار اتمسفر است، هنگام حرکت پیستون، آزاد شدن گازها اتفاق می افتد و در این دوره حدود 60 درصد از گازهای خروجی از سیلندر در یک ساعت از سیلندر خارج می شود. سرعت 500 - 600 متر بر ثانیه در دوره دوم، آزاد شدن گازها با حرکت پیستون (بستن شیر اگزوز) به دلیل عمل هل دادن پیستون و اینرسی گازهای متحرک اتفاق می افتد. انتشار گازهای خروجی در لحظه بسته شدن دریچه خروجی به پایان می رسد، یعنی 10 تا 20 پس از رسیدن پیستون به TDC. فشار گاز در سیلندر در طول فرآیند جهش 0.11 - 0.12 مگاپاسکال است، دمای گاز در پایان فرآیند جهش 90 - 1100 K است.

چرخه کار موتور چهار زمانه

چرخه کار یک موتور دیزل به طور قابل توجهی با چرخه کار متفاوت است

موتور کاربراتوری با روش تشکیل و احتراق کار

فرآیند پذیرش ورود هوا با باز بودن دریچه ورودی شروع می شود و با بسته شدن آن به پایان می رسد. دریچه ورودی باز می شود. فرآیند ورود هوا به همان روشی است که ورود یک مخلوط قابل احتراق در موتور کاربراتوری انجام می شود. فشار هوا در سیلندر در طول فرآیند مکش 80 - 95 کیلو پاسکال است و به تلفات هیدرولیکی در سیستم ورودی موتور بستگی دارد. دمای هوا در پایان فرآیند اگزوز به دلیل تماس آن با قطعات موتور گرم شده و مخلوط شدن با گازهای باقیمانده به 320 - 350 کلوین می رسد.

فرآیند فشرده سازی فشرده سازی هوا در سیلندر پس از بسته شدن دریچه ورودی شروع می شود و با تزریق سوخت به محفظه احتراق پایان می یابد. فرآیند تراکم مشابه فشرده سازی مخلوط کاری در موتور کاربراتوری است. فشار هوا در سیلندر در پایان تراکم 3.5 - 6 MPa و دما 820 - 980 K است.

فرآیند احتراق احتراق سوخت از لحظه ای که سوخت به سیلندر می رسد، یعنی. 15 - 30 قبل از رسیدن پیستون به TDC. در این لحظه دمای هوای فشرده 150 تا 200 درجه سانتیگراد بالاتر از دمای خود اشتعال است. سوختی که در حالت ریز اتمیزه وارد سیلندر می شود، فورا مشتعل نمی شود، بلکه با تاخیری برای مدتی (0.001 - 0.003 ثانیه) که دوره تاخیر احتراق نامیده می شود، مشتعل می شود. در این دوره، سوخت گرم می شود، با هوا مخلوط می شود و تبخیر می شود، یعنی. مخلوط کاری تشکیل می شود.

سوخت آماده شده مشتعل می شود و می سوزد. در پایان احتراق، فشار گاز به 5.5 - 11 مگاپاسکال می رسد و دما 1800 - 2400 کلوین است.

فرآیند گسترش انبساط حرارتی گازها در سیلندر پس از پایان فرآیند احتراق آغاز می شود و در لحظه بسته شدن دریچه اگزوز به پایان می رسد. در ابتدای انبساط، سوخت می سوزد. فرآیند انبساط حرارتی مشابه فرآیند انبساط حرارتی گازها در موتور کاربراتوری پیش می رود. فشار گاز در سیلندر در انتهای انبساط 0.3 - 0.5 مگاپاسکال و دما 1000 - 1300 K است.

فرآیند انتشار انتشار اگزوز هنگام باز شدن شروع می شود

سوپاپ اگزوز و با بسته شدن دریچه اگزوز به پایان می رسد. فرآیند رهاسازی گازهای خروجی از اگزوز همانند فرآیند انتشار گازها در موتور کاربراتوری انجام می شود. فشار گاز در سیلندر در طول فرآیند جهش 0.11 - 0.12 مگاپاسکال است، دمای گاز در پایان فرآیند جهش 700 - 900 K است.

چرخه های کاری موتورهای دو زمانه

چرخه کار یک موتور دو زمانه در دو زمان یا یک دور چرخش میل لنگ کامل می شود.

چرخه کار یک موتور کاربراتوری دو زمانه را در نظر بگیرید

پاکسازی محفظه میل لنگ

فرآیند فشرده سازی مخلوط قابل احتراق در سیلندر با شروع می شود

لحظه ای که پیستون پنجره های سیلندر را می بندد زمانی که پیستون از BDC به TDC حرکت می کند. فرآیند تراکم به همان روشی که در یک موتور کاربراتوری چهار زمانه پیش می‌رود.

فرآیند احتراق مشابه فرآیند احتراق در موتور کاربراتوری چهار زمانه است.

فرآیند انبساط حرارتی گازها در سیلندر پس از پایان فرآیند احتراق آغاز می شود و در لحظه باز شدن پنجره های اگزوز به پایان می رسد. فرآیند انبساط حرارتی مشابه فرآیند انبساط گازها در موتور کاربراتوری چهار زمانه است.

فرآیند اگزوز زمانی شروع می شود که

پنجره های اگزوز، یعنی 60 - 65 قبل از رسیدن پیستون به BDC و 60 - 65 بعد از عبور پیستون از BDC به پایان می رسد. با باز شدن درگاه اگزوز، فشار سیلندر به شدت کاهش می‌یابد و 50 تا 55 قبل از رسیدن پیستون به BDC، پنجره‌های تخلیه باز می‌شوند و مخلوط قابل احتراق که قبلاً وارد محفظه میل لنگ شده و توسط پیستون نزولی فشرده شده است، شروع به جریان می‌کند. سیلندر. دوره ای که در طی آن دو فرآیند به طور همزمان اتفاق می افتد - جذب یک مخلوط قابل احتراق و گازهای خروجی - پاکسازی نامیده می شود. در طول تصفیه، مخلوط قابل احتراق گازهای خروجی را جابجا می کند و تا حدی با آنها همراه می شود.

با حرکت بیشتر به سمت TDC، ابتدا پیستون بسته می شود

پنجره ها را تمیز کنید، دسترسی مخلوط قابل احتراق به سیلندر را از محفظه میل لنگ متوقف کنید و سپس پنجره های اگزوز و فرآیند فشرده سازی در سیلندر آغاز می شود.

شاخص هایی که عملکرد موتور را مشخص می کنند

میانگین فشار و توان نشان داده شده نشان داده شده است

فشار نشانگر متوسط Pi به عنوان یک چنین مشروط درک می شود

فشار ثابتی که بر روی پیستون برای یک

سکته مغزی، کار برابر با کار نشانگر گازها را انجام می دهد

سیلندر در هر چرخه

طبق تعریف، فشار متوسط نشانگر نسبت است

نشانگر کار گازها در سیکل لی در واحد حجم کاری

سیلندر Vh، یعنی. Pi=Li/Vh.

اگر نمودار نشانگر گرفته شده از موتور وجود داشته باشد، فشار متوسط نشانگر را می توان از ارتفاع یک مستطیل ساخته شده بر اساس Vh تعیین کرد که مساحت آن برابر با مساحت مفید است. نمودار نشانگر، که در یک مقیاس معین، نشانگر کار Li است.

برای تعیین سطح قابل استفاده F نشانگر از یک پلان متر استفاده کنید

نمودار (m^2) و طول l نمودار نشانگر (m) مربوطه

حجم کار سیلندر، مقدار شاخص متوسط را پیدا کنید

فشار Pi=F*m/l، که m مقیاس فشار نمودار نشانگر است.

میانگین فشار نشانگر در بار نامی برای موتورهای کاربراتوری چهار زمانه 0.8 - 1.2 MPa، برای موتورهای دیزلی چهار زمانه 0.7 - 1.1 MPa، برای موتورهای دیزلی دو زمانه 0.6 - 0.9 MPa است.

توان نشانگر Ni کار انجام شده توسط گازهای موجود در سیلندرهای موتور در واحد زمان است.

کار نشانگر (J) انجام شده توسط گازها در یک سیلندر در یک سیکل کاری، Li=Pi*Vh.

از آنجایی که تعداد چرخه های کاری انجام شده توسط موتور در هر ثانیه 2n / T است، پس توان مشخص شده (kW) یک سیلندر Ni \u003d (2 / T) * Pi * Vh * n * 10 ^-3، که در آن n است سرعت میل لنگ، 1/s، سرعت چرخه T موتور - تعداد ضربات در هر چرخه (T=4 - برای موتورهای چهار زمانه و T=2 - برای موتورهای دو زمانه).

قدرت مشخص شده یک موتور چند سیلندر در یک عدد

سیلندر i Ni=(2/T)*Pi*Vh*n*i*10^-3.

توان مؤثر و فشارهای مؤثر متوسط

توان موثر Ne نیرویی است که از میل لنگ گرفته می شود

شفت موتور برای تولید کار مفید.

توان موثر کمتر از نشانگر Ni با مقدار توان است

تلفات مکانیکی نیوتن متر، یعنی Ne=Ni-Nm.

قدرت تلفات مکانیکی صرف اصطکاک و کاهش در می شود

عملکرد مکانیسم میل لنگ و مکانیسم توزیع گاز،

فن، پمپ مایع، روغن و سوخت، ژنراتور

جریان و سایر مکانیسم ها و دستگاه های کمکی.

تلفات مکانیکی در موتور توسط بازده مکانیکی نانومتر تخمین زده می شود.

که نسبت توان مؤثر به توان نشانگر است، یعنی. Nm=Ne/Ni=(Ni-Nm)/Ni=1-Nm/Ni.

برای موتورهای مدرن، راندمان مکانیکی 0.72 - 0.9 است.

با دانستن مقدار راندمان مکانیکی، می توان توان موثر را تعیین کرد

به طور مشابه به قدرت نشانگر، قدرت مکانیکی

تلفات Nm=2/T*Pm*Vh*ni*10^-3، که در آن Pm میانگین فشار مکانیکی است.

ضرر، یعنی بخشی از فشار نشانگر متوسط که

صرف غلبه بر اصطکاک و درایو وسایل کمکی می شود

مکانیزم ها و دستگاه ها

بر اساس داده های تجربی برای موتورهای دیزلی Pm=1.13+0.1*st. برای

موتورهای کاربراتوری Pm=0.35+0.12*st; جایی که st - سرعت متوسط

پیستون، متر بر ثانیه

تفاوت بین میانگین فشار نشان‌داده‌شده Pi و فشار متوسط تلفات مکانیکی Pm، میانگین فشار مؤثر Pe نامیده می‌شود، یعنی. Pe=Pi-Pm.

توان موثر موتور Ne=(2/T)*Pe*Vh*ni*10^-3 است، از این رو میانگین فشار موثر Pe=10^3*Ne*T/(2Vh*ni) است.

متوسط فشار موثر تحت بار معمولی برای موتورهای کاربراتوری چهار زمانه 0.75 - 0.95 MPa، برای موتورهای دیزل چهار زمانه 0.6 - 0.8 MPa، برای موتورهای دو زمانه 0.5 - 0.75 MPa است.

بازده نشانگر و نشانگر مصرف سوخت خاص

بازده چرخه عملیاتی واقعی موتور توسط

نشانگر بازده ni و نشانگر اختصاصی مصرف سوخت gi.

بازده نشانگر درجه استفاده از گرما را در چرخه واقعی، با در نظر گرفتن تمام تلفات حرارتی، تخمین می‌زند و نسبت Qi گرما، معادل کار شاخص مفید، به گرمای کل Q است، یعنی. ni=Qi/Q (a).

حرارت (کیلووات) معادل کار نشانگر برای 1 ثانیه، Qi=Ni. حرارت (کیلووات) صرف شده برای کارکرد موتور برای 1 ثانیه، Q=Gt*(Q^p)n، که در آن Gt مصرف سوخت، کیلوگرم بر ثانیه است. (Q^p)n - ارزش حرارتی خالص سوخت، kJ/kg. با جایگزینی مقدار Qi و Q به برابری (a)، ni=Ni/Gt*(Q^p)n (1) را بدست می آوریم.

نشانگر خاص مصرف سوخت [kg/kWh] است

نسبت مصرف سوخت دوم Gt به توان مشخص شده Ni،

آن ها gi=(Gt/Ni)*3600، یا [g/(kW*h)] gi=(Gt/Ni)*3.6*10^6.

راندمان موثر و مصرف سوخت موثر خاص

راندمان موتور به عنوان یک کل توسط بازده موثر تعیین می شود

نیکل و مصرف سوخت موثر خاص. کارایی موثر

درجه استفاده از گرمای سوخت را با در نظر گرفتن انواع تلفات، اعم از حرارتی و مکانیکی ارزیابی می‌کند و نسبت گرمای Qe معادل کار مؤثر مفید، به تمام گرمای مصرف‌شده Gt * Q است، یعنی. nm=Qe/(Gt*(Q^p)n)=Ne/(Gt*(Q^p)n) (2).

از آنجایی که راندمان مکانیکی برابر با نسبت Ne به نیکل است، پس جایگزین کردن به

معادله ای که بازده مکانیکی nm را تعیین می کند، مقادیر Ne و Ni از

معادلات (1) و (2)، nm=Ne/Ni=ne/ni را بدست می آوریم، از آنجا ne=ni/nM، یعنی. راندمان موثر موتور برابر است با حاصل ضرب بازده نشانگر و راندمان مکانیکی.

مصرف سوخت موثر ویژه [kg/(kWh)] نسبت مصرف سوخت دوم Gt به توان موثر Ne است، یعنی. ge=(Gt/Ne)*3600، یا [g/(kW*h)] ge=(Gt/Ne)*3.6*10^6.

تعادل حرارتی موتور

از تجزیه و تحلیل چرخه عملکرد موتور، چنین استنباط می شود که تنها بخشی از گرمای آزاد شده در طی احتراق سوخت برای کار مفید استفاده می شود، در حالی که بقیه از دست دادن حرارت است. توزیع گرمای حاصل از احتراق سوخت وارد شده به سیلندر را تعادل حرارتی می گویند که معمولاً به صورت تجربی تعیین می شود. معادله تعادل حرارتی به شکل Q=Qe+Qg+Qn.c+Qres است که در آن Q گرمای سوخت وارد شده به موتور است؛ Qe گرمای تبدیل شده به کار مفید است. Qcool گرمای از دست رفته توسط عامل خنک کننده (آب یا هوا) است. Qg - گرمای از دست رفته با گازهای خروجی؛ Qn.c - حرارت از دست رفته در اثر احتراق ناقص سوخت، Qres - عضو باقیمانده تعادل که برابر است با مجموع تمام تلفات حساب نشده.

مقدار گرمای موجود (معرفی) (کیلووات) Q \u003d Gt * (Q ^ p) n. گرما (kW) تبدیل به کار مفید، Qe=Ne. گرما (کیلو وات) از دست رفته با آب خنک کننده، Qcool \u003d Gw * نور * (t2-t1)، که در آن Gw مقدار آب عبوری از سیستم است، کیلوگرم در ثانیه؛ sv – ظرفیت گرمایی آب، kJ/(kg*K) [sv=4.19 kJ/(kg*K)]; t2 و t1 - دمای آب در ورودی سیستم و در خروجی از آن، С.

گرمای (کیلووات) از دست رفته با گازهای خروجی،

Qg \u003d Gt * (Vp * sg * tg-Vv * csv * tv)، که در آن Gt - مصرف سوخت، کیلوگرم در ثانیه؛ Vg و Vv - مصرف گاز و هوا، m ^ 3 / کیلوگرم؛ срг و срв - میانگین ظرفیت گرمایی حجمی گازها و هوا در فشار ثابت، kJ/(m^3*K). tr و tv دمای گازهای خروجی و هوا، C است.

گرمای از دست رفته در اثر احتراق ناقص سوخت به صورت تجربی تعیین می شود.

ترم باقیمانده تعادل حرارتی (kW) Qres=Q-(Qe+Qcool+Qg+Qn.s).

تراز حرارتی را می توان به صورت درصدی از مقدار کل گرمای وارد شده ترسیم کرد، سپس معادله تعادل به شکل زیر خواهد بود: qcool=(Qcool/Q)*100%;

qg \u003d (Qg / Q) * 100٪ و غیره.

نوآوری

اخیراً موتورهای پیستونی با پر کردن اجباری سیلندر با هوا افزایش یافته است

فشار، یعنی موتورهای سوپرشارژ و چشم انداز موتورسازی، به نظر من، با موتورهایی از این نوع مرتبط است، زیرا ذخیره عظیمی از امکانات طراحی استفاده نشده وجود دارد، و چیزی برای فکر کردن وجود دارد، و ثانیا، من فکر می کنم که این موتورها چشم اندازهای خوبی در آینده دارند. از این گذشته ، بوست به شما امکان می دهد شارژ سیلندر را با هوا و در نتیجه میزان سوخت تراکم پذیر را افزایش دهید و در نتیجه قدرت موتور را افزایش دهید.

برای به حرکت درآوردن سوپرشارژر در موتورهای مدرن، آنها معمولا استفاده می کنند

انرژی گازهای خروجی در این حالت، گازهای خروجی در سیلندر که فشار بیشتری در منیفولد اگزوز دارند، به یک توربین گاز فرستاده می شوند که کمپرسور را به حرکت در می آورد.

با توجه به طرح فشار توربین گاز یک موتور چهار زمانه، گازهای خروجی از سیلندرهای موتور وارد توربین گاز شده و پس از آن به اتمسفر تخلیه می شوند. یک کمپرسور گریز از مرکز، که توسط یک توربین می چرخد، هوا را از جو می مکد و آن را تحت فشار پمپ می کند: 0.130 ... 0.250 MPa به داخل سیلندرها. علاوه بر استفاده از انرژی گازهای خروجی، مزیت چنین سیستم فشاری نسبت به محرک کمپرسور از میل لنگ، خود تنظیمی است، به این معنی که با افزایش قدرت موتور، فشار و دمای گازهای خروجی و در نتیجه قدرت توربوشارژر، بر این اساس افزایش می یابد. در عین حال فشار و مقدار هوای وارد شده به آن افزایش می یابد.

در موتورهای دو زمانه توربوشارژر باید قدرت بیشتری نسبت به موتورهای چهار زمانه داشته باشد، زیرا. هنگام دمیدن، بخشی از هوا به درگاه های خروجی عبور می کند، هوای عبوری برای شارژ سیلندر استفاده نمی شود و دمای گازهای خروجی را کاهش می دهد. در نتیجه، در بارهای جزئی، انرژی گازهای خروجی برای محرک توربین گاز کمپرسور ناکافی است. علاوه بر این، با سوپرشارژ توربین گاز، راه اندازی موتور دیزل غیرممکن است. با توجه به این موضوع، موتورهای دو زمانه معمولاً از یک سیستم سوپرشارژ ترکیبی با نصب سری یا موازی کمپرسور توربین گاز و کمپرسور مکانیکی استفاده می کنند.

در رایج‌ترین طرح شارژ ترکیبی متوالی، کمپرسور توربین گازی فقط تا حدی هوا را فشرده می‌کند و پس از آن توسط کمپرسوری که توسط شفت موتور هدایت می‌شود، تقویت می‌شود. به لطف استفاده از سوپرشارژ، می توان قدرت را در مقایسه با قدرت یک موتور تنفس طبیعی از 40٪ به 100٪ یا بیشتر افزایش داد.

به نظر من، جهت اصلی در توسعه پیستون مدرن است

موتورهای با احتراق تراکمی به دلیل استفاده از بوست بالا در ترکیب با خنک کننده هوا پس از کمپرسور، افزایش قابل توجهی در قدرت خواهند داشت.

در موتورهای چهار زمانه در نتیجه اعمال فشار بوست تا 3.1...3.2 مگاپاسکال در ترکیب با خنک کننده هوا پس از کمپرسور، میانگین فشار موثر Pe=18.2...20.2 مگاپاسکال به دست می آید. محرک کمپرسور در این موتورها توربین گازی است. قدرت توربین به 30 درصد قدرت موتور می رسد، بنابراین نیازهای لازم برای راندمان توربین و کمپرسور افزایش می یابد. یک عنصر جدایی ناپذیر از سیستم فشار این موتورها باید یک خنک کننده هوا باشد که بعد از کمپرسور نصب شده است. هوا با گردش آب با کمک یک پمپ آب مجزا در طول مدار خنک می شود: کولر هوا - رادیاتور برای خنک کردن آب با هوای اتمسفر.

یک جهت امیدوارکننده در توسعه موتورهای احتراق داخلی رفت و برگشتی، استفاده کامل تر از انرژی گاز خروجی در توربین است که قدرت کمپرسور مورد نیاز برای دستیابی به فشار بوست معین را فراهم می کند. نیروی اضافی در این حالت به میل لنگ دیزل منتقل می شود. اجرای چنین طرحی برای موتورهای چهار زمانه بیشتر امکان پذیر است.

نتیجه

بنابراین، می بینیم که موتورهای احتراق داخلی مکانیزم بسیار پیچیده ای هستند. و عملکرد انجام شده توسط انبساط حرارتی در موتورهای احتراق داخلی به آن سادگی که در نگاه اول به نظر می رسد نیست. و هیچ موتور احتراق داخلی بدون استفاده از انبساط حرارتی گازها وجود نخواهد داشت. و ما با بررسی دقیق اصل عملکرد موتورهای احتراق داخلی، چرخه عملکرد آنها به راحتی در این مورد متقاعد می شویم - تمام کار آنها بر اساس استفاده از انبساط حرارتی گازها است. اما ICE تنها یکی از کاربردهای خاص انبساط حرارتی است. و با قضاوت بر اساس مزایایی که انبساط حرارتی از طریق یک موتور احتراق داخلی برای مردم به ارمغان می آورد، می توان مزایای این پدیده را در سایر زمینه های فعالیت انسانی قضاوت کرد.

و بگذار دوران موتور احتراق داخلی بگذرد، کاستی های زیادی داشته باشند، موتورهای جدیدی ظاهر شوند که محیط داخلی را آلوده نمی کنند و از عملکرد انبساط حرارتی استفاده نمی کنند، اما اولین ها برای مدت طولانی به نفع مردم خواهند بود. مردم صدها سال دیگر با مهربانی در مورد آنها پاسخ خواهند داد، زیرا آنها بشریت را به سطح جدیدی از توسعه رساندند و با پشت سر گذاشتن آن، بشریت حتی بالاتر رفت.

موسسه آموزشی شهرداری

دبیرستان شماره 6

انشا در مورد فیزیک با موضوع:

موتورهای احتراق داخلی. مزایا و معایب آنها.

دانش آموز 8 کلاس "الف".

بوترینوا الکساندرا

معلم: شولپینا تایسیا ولادیمیروا

1. معرفی…………………………………………………………………….. صفحه 3

1.1.هدف کار

1.2 وظایف

2. قسمت اصلی.

2.1. تاریخچه ایجاد موتورهای احتراق داخلی…………………. صفحه 4

2.2 آرایش کلی موتورهای احتراق داخلی ………………… صفحه ۷

2.2.1. دستگاه موتورهای دو زمانه و چهار زمانه

احتراق داخلی؛…………………………………………………….. صفحه ۱۵

2.3 موتورهای احتراق داخلی مدرن.

2.3.1. راه حل های طراحی جدید اجرا شده در موتور احتراق داخلی؛………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… p. 21

2.3.2. وظایفی که طراحان با آن مواجه هستند…………………………………………………………P.۲۲

2.4. مزایا و معایب نسبت به انواع دیگر موتورهای احتراق داخلی …………………………………………………………………………………………………………………………………………..P.۲۳

2.5. کاربرد موتور احتراق داخلی………………………………….P.۲۵

3. به نتیجه رسید……………………………………………………………………صفحه 26

4. فهرست منابع………………………………………………………صفحه 27

5. کاربردها……………………………………………………………………صفحه 28

1. معرفی.

1.1. هدف، واقعگرایانه:

کشف و دستاوردهای دانشمندان در مورد اختراع و کاربرد موتور احتراق داخلی (D.V.S.) را تجزیه و تحلیل کنید، در مورد مزایا و معایب آن صحبت کنید.

1.2. وظایف:

1. ادبیات لازم را مطالعه کنید و مطالب را کار کنید

2. انجام تحقیقات نظری (D.V.S.)

3. دریابید که کدام یک از (D.V.S.) بهتر است.

2. قسمت اصلی.

2.1 .تاریخچه موتور احتراق داخلی .

پروژه اولین موتور احتراق داخلی (ICE) متعلق به مخترع معروف لنگر ساعت کریستین هویگنس است و در قرن هفدهم پیشنهاد شد. جالب است که قرار بود از باروت به عنوان سوخت استفاده شود و خود این ایده توسط یک تفنگ توپخانه ایجاد شد. تمام تلاش های دنیس پاپین برای ساخت ماشینی بر اساس این اصل ناموفق بود. از نظر تاریخی، اولین موتور احتراق داخلی در حال کار در سال 1859 توسط مخترع بلژیکی ژان ژوزف اتین لنوار به ثبت رسید (شکل شماره 1).

موتور Lenoir از راندمان حرارتی پایینی برخوردار است، علاوه بر این، در مقایسه با سایر موتورهای درون سوز رفت و برگشتی، قدرت بسیار پایینی در هر واحد جابجایی سیلندر گرفته است.

یک موتور 18 لیتری تنها 2 اسب بخار قدرت داشت. این کاستی ها به این دلیل بود که موتور Lenoir مخلوط سوخت را قبل از احتراق فشرده نمی کند. موتور اتو به همان اندازه قدرتمند (که در چرخه آن یک ضربه فشرده سازی ویژه ارائه شد) چندین برابر وزن کمتری داشت و بسیار فشرده تر بود.
حتی مزایای آشکار موتور Lenoir - سر و صدای نسبتا کم (نتیجه اگزوز در فشار تقریباً اتمسفر) و سطح پایین ارتعاش (نتیجه توزیع یکنواخت تر ضربات نیرو در چرخه) به او کمک نکرد تا در برابر آن مقاومت کند. رقابت.

اما در حین کار موتورها مشخص شد که مصرف گاز به ازای هر اسب بخار 3 متر مکعب است. در ساعت به جای حدود 0.5 متر مکعب مورد انتظار. راندمان موتور Lenoir تنها 3.3٪ بود در حالی که موتورهای بخار آن زمان به راندمان 10٪ می رسید.

در سال 1876، اتو و لانگن یک موتور جدید 0.5 اسب بخاری را در دومین نمایشگاه جهانی پاریس به نمایش گذاشتند (شکل شماره 2).

شکل 2 موتور اتو

علیرغم ناقص بودن طراحی این موتور که یادآور اولین ماشین های بخار اتمسفر بود، کارایی بالایی برای آن زمان نشان داد. مصرف گاز 82 متر مکعب در متر بود. هر اسب بخار در ساعت و بازده. 14 درصد بوده است. به مدت 10 سال، حدود 10000 موتور از این نوع برای صنایع کوچک ساخته شد.

در سال 1878 اتو موتور چهار زمانه را بر اساس ایده Boudet-Roche ساخت. همزمان با استفاده از گاز به عنوان سوخت، ایده استفاده از بخارات بنزین، بنزین، نفتا به عنوان ماده ای برای یک مخلوط قابل احتراق و از دهه 90، نفت سفید شروع به توسعه کرد. مصرف سوخت در این موتورها حدود 0.5 کیلوگرم بر اسب بخار در ساعت بود.

از آن زمان، موتورهای احتراق داخلی (D.V.S.) با توجه به اصل عملکرد، مواد مورد استفاده در ساخت را تغییر دادند. موتورهای احتراق داخلی قوی تر، فشرده تر، سبک تر شده اند، اما هنوز در موتور احتراق داخلی، از هر 10 لیتر سوخت، تنها حدود 2 لیتر برای کارهای مفید مصرف می شود، 8 لیتر باقی مانده هدر می رود. یعنی راندمان موتور احتراق داخلی تنها 20 درصد است.

2. 2. آرایش کلی موتور احتراق داخلی.

در هسته هر D.V.S. حرکت پیستون در سیلندر تحت تأثیر فشار گازهایی است که در حین احتراق مخلوط سوخت ایجاد می شود که از این پس به عنوان عامل کار نامیده می شود. در این حالت خود سوخت نمی سوزد. فقط بخارات آن مخلوط شده با هوا می سوزد که مخلوط کاری موتور احتراق داخلی است. اگر این مخلوط را آتش بزنید، فوراً می سوزد و حجم آن چند برابر می شود. و اگر مخلوط را در یک حجم بسته قرار دهید و یک دیوار را متحرک کنید، سپس روی این دیوار
فشار زیادی وجود خواهد داشت که دیوار را حرکت می دهد.

DVS مورد استفاده در خودروهای سواری از دو مکانیسم تشکیل شده است: میل لنگ و توزیع گاز و همچنین سیستم های زیر:

تغذیه؛

· انتشار گازهای تکمیل شده.

· آتش گرفتن؛

خنک کننده؛

روان کننده ها

جزئیات اصلی موتور احتراق داخلی:

سرسیلندر

· سیلندر؛

· پیستون؛

· رینگ های پیستون؛

پین های پیستون

· میله های اتصال.

· میل لنگ؛

چرخ طیار

میل بادامک با بادامک;

· دریچه ها

· شمع موتور.

اکثر خودروهای کلاس کوچک و متوسط مدرن مجهز به موتورهای چهار سیلندر هستند. موتورهایی با حجم بیشتر - با هشت یا حتی دوازده سیلندر (شکل 3) وجود دارد. هر چه موتور بزرگتر باشد، قدرت آن بیشتر است و مصرف سوخت آن بیشتر می شود.

اصل کار یک موتور احتراق داخلی با استفاده از مثال یک موتور بنزینی تک سیلندر ساده ترین است. چنین موتوری از یک سیلندر با سطح آینه داخلی تشکیل شده است که یک سر قابل جابجایی به آن پیچ می شود. سیلندر شامل یک پیستون استوانه ای است - یک شیشه، متشکل از یک سر و یک دامن (شکل 4). پیستون دارای شیارهایی است که رینگ های پیستون در آنها تعبیه شده است. آنها تنگی فضای بالای پیستون را تضمین می کنند و از نفوذ گازهای تولید شده در حین کار موتور به زیر پیستون جلوگیری می کنند. علاوه بر این، رینگ های پیستون از ورود روغن به فضای بالای پیستون جلوگیری می کنند (روغن برای روانکاری سطح داخلی سیلندر در نظر گرفته شده است). به عبارت دیگر، این حلقه ها نقش آب بند را بازی می کنند و به دو نوع فشرده (آنهایی که گازها را عبور نمی دهند) و روغن خراش (از ورود روغن به محفظه احتراق جلوگیری می کنند) تقسیم می شوند (شکل 5).

برنج. 3.چیدمان سیلندر در موتورها با طرح های مختلف:
الف - چهار سیلندر؛ ب - شش سیلندر؛ ج - دوازده سیلندر (α - زاویه کمبر)

برنج. 4.پیستون

مخلوطی از بنزین و هوا که توسط کاربراتور یا انژکتور تهیه می شود، وارد سیلندر می شود و در آنجا توسط پیستون فشرده می شود و با جرقه شمع مشتعل می شود. سوختن و انبساط باعث می شود پیستون به سمت پایین حرکت کند.

بنابراین انرژی حرارتی به انرژی مکانیکی تبدیل می شود.

برنج. 5.پیستون با شاتون:

1 - مونتاژ شاتون؛ 2 - پوشش شاتون؛ 3 - درج شاتون. 4 - مهره پیچ؛ 5 - پیچ پوشش شاتون; 6 - شاتون; 7 - بوش شاتون; 8 - حلقه های نگهدارنده; 9 - پین پیستون؛ 10 - پیستون؛ 11 - حلقه خراش روغن; 12، 13 - حلقه های فشرده سازی

به دنبال آن حرکت پیستون به چرخش شافت تبدیل می شود. برای انجام این کار، پیستون با استفاده از یک پین و یک شاتون، به صورت محوری به میل لنگ میل لنگ متصل می شود که روی یاتاقان های نصب شده در میل لنگ موتور می چرخد (شکل 6).

برنج. 6میل لنگ با چرخ فلایو:

1 - میل لنگ؛ 2 - درج بلبرینگ شاتون; 3 - نیم حلقه های ماندگار؛ 4 - فلایویل; 5 - واشر پیچ و مهره های نصب چرخ فلایو. 6 - آسترهای یاتاقان های اصلی اول، دوم، چهارم و پنجم. 7 - درج یاتاقان مرکزی (سوم).

در نتیجه حرکت پیستون در سیلندر از بالا به پایین و عقب از طریق شاتون، میل لنگ می چرخد.

نقطه مرگ بالا (TDC) بالاترین موقعیت پیستون در سیلندر است (یعنی جایی که پیستون حرکت به سمت بالا را متوقف می کند و آماده شروع حرکت به سمت پایین است) (شکل 4 را ببینید).

پایین ترین موقعیت پیستون در سیلندر (یعنی جایی که پیستون از حرکت به سمت پایین باز می ایستد و آماده حرکت به سمت بالا می شود) مرکز مرگ پایین (BDC) نامیده می شود (شکل 4 را ببینید).

فاصله بین موقعیت های انتهایی پیستون (از TDC تا BDC) ضربه پیستون نامیده می شود.

با حرکت پیستون از بالا به پایین (از TDC به BDC)، حجم بالای آن از حداقل به حداکثر تغییر می کند. حداقل حجم سیلندر بالای پیستون وقتی در TDC است محفظه احتراق است.

و حجم بالای سیلندر وقتی در BDC باشد حجم کار سیلندر نامیده می شود. به نوبه خود، حجم کار تمام سیلندرهای موتور در مجموع، که بر حسب لیتر بیان می شود، حجم کار موتور نامیده می شود. حجم کل سیلندر مجموع حجم کاری آن و حجم محفظه احتراق در لحظه ای است که پیستون در BDC قرار دارد.

یکی از ویژگی های مهم یک موتور احتراق داخلی نسبت تراکم آن است که به عنوان نسبت حجم کل سیلندر به حجم محفظه احتراق تعریف می شود. نسبت تراکم نشان می دهد که چند بار مخلوط هوا و سوخت وارد شده به سیلندر هنگامی که پیستون از BDC به TDC حرکت می کند، فشرده می شود. برای موتورهای بنزینی، نسبت تراکم در محدوده 6-14، برای موتورهای دیزل - 14-24 است. نسبت تراکم تا حد زیادی قدرت موتور و کارایی آن را تعیین می کند و همچنین به طور قابل توجهی بر سمیت گازهای خروجی تأثیر می گذارد.

قدرت موتور بر حسب کیلووات یا اسب بخار (که بیشتر استفاده می شود) اندازه گیری می شود. در همان زمان، 1 لیتر. با. تقریباً برابر با 0.735 کیلو وات است. همانطور که قبلاً گفتیم، عملکرد یک موتور احتراق داخلی بر اساس استفاده از نیروی فشار گازهای ایجاد شده در طی احتراق مخلوط هوا و سوخت در سیلندر است.

در موتورهای بنزینی و گازی، مخلوط توسط شمع مشتعل می شود (شکل 7)، در موتورهای دیزلی با فشرده سازی مشتعل می شود.

برنج. 7شمع موتور

هنگامی که یک موتور تک سیلندر کار می کند، میل لنگ آن به طور ناهموار می چرخد: در لحظه احتراق مخلوط قابل احتراق به شدت شتاب می گیرد و بقیه زمان سرعت آن کاهش می یابد. برای بهبود یکنواختی چرخش روی میل لنگ، که از محفظه موتور خارج می شود، یک دیسک عظیم - یک چرخ طیار (نگاه کنید به شکل 6) ثابت شده است. هنگامی که موتور در حال کار است، فلایویل می چرخد.

2.2.1. دستگاه دو زمانه و چهار زمانه

موتورهای احتراق داخلی؛

موتور دو زمانه یک موتور احتراق داخلی پیستونی است که در آن فرآیند کار در هر یک از سیلندرها در یک دور میل لنگ یعنی در دو حرکت پیستون انجام می شود. ضربات تراکم و کورس در یک موتور دو زمانه مانند یک موتور چهار زمانه اتفاق می افتد، اما فرآیندهای تمیز کردن و پر کردن سیلندر با هم ترکیب می شوند و نه در یک حرکت جداگانه، بلکه در زمان کوتاهی انجام می شوند. پیستون نزدیک نقطه مرده پایینی است (شکل 8).

شکل 8 موتور دو زمانه

با توجه به اینکه در موتورهای دو زمانه با تعداد سیلندرهای مساوی و تعداد دور میل لنگ ضربات دو برابر بیشتر می شود، توان لیتری موتورهای دو زمانه بیشتر از چهار زمانه است. موتورها - از نظر تئوری دو بار، در عمل 1.5-1.7 بار، زیرا بخشی از حرکت مفید پیستون توسط فرآیندهای تبادل گاز اشغال می شود و خود تبادل گاز نسبت به موتورهای چهار زمانه کمتر کامل است.

برخلاف موتورهای چهار زمانه که خروج گازهای خروجی اگزوز و مکش مخلوط تازه توسط خود پیستون انجام می شود، در موتورهای دو زمانه، تبادل گاز با تامین مخلوط کاری یا هوا (در موتورهای دیزلی) انجام می شود. به سیلندر تحت فشار ایجاد شده توسط یک پمپ کشنده، و فرآیند تبادل گاز خود را - پاکسازی نامیده می شود. در طی فرآیند پاکسازی، هوای تازه (مخلوط) محصولات احتراق را از سیلندر خارج کرده و به اندام های اگزوز می دهد و جای آنها را می گیرد.

با توجه به روش سازماندهی حرکت جریان های هوای پاکسازی (مخلوط)، موتورهای دو زمانه با کانتور و تصفیه جریان مستقیم متمایز می شوند.

موتور چهار زمانه یک موتور احتراق داخلی پیستونی است که در آن فرآیند کار در هر یک از سیلندرها در دو دور چرخش میل لنگ یعنی در چهار حرکت پیستون (سکته) کامل می شود. این ضربات عبارتند از:

ضربه اول - ورودی:

در طی این چرخه، پیستون از TDC به BDC حرکت می کند. دریچه ورودی باز و دریچه خروجی بسته است. از طریق دریچه ورودی، سیلندر با مخلوط قابل احتراق پر می شود تا زمانی که پیستون در BDC قرار گیرد، یعنی حرکت رو به پایین بیشتر آن غیرممکن می شود. از آنچه قبلاً گفته شد، قبلاً می دانیم که حرکت پیستون در سیلندر مستلزم حرکت میل لنگ و در نتیجه چرخش میل لنگ و بالعکس است. بنابراین، برای اولین حرکت موتور (زمانی که پیستون از TDC به BDC حرکت می کند)، میل لنگ نیم دور می چرخد (شکل 9).

شکل 9 ضربه اول - مکش

مرحله دوم - فشرده سازی .

پس از اینکه مخلوط هوا و سوخت تهیه شده توسط کاربراتور یا انژکتور وارد سیلندر شد، با بقایای گازهای خروجی مخلوط شد و دریچه ورودی پشت آن بسته شد، کار می کند. اکنون لحظه ای فرا رسیده است که مخلوط کار سیلندر را پر کرده است و جایی برای رفتن وجود ندارد: دریچه های ورودی و خروجی کاملاً بسته شده اند. در این مرحله، پیستون شروع به حرکت از پایین به بالا (از BDC به TDC) می کند و سعی می کند مخلوط کار را روی سر سیلندر فشار دهد. با این حال، همانطور که می گویند، او موفق نمی شود این مخلوط را از پیستون به پودر پاک کند
نمی تواند، اما فضای داخلی سیلندر به گونه ای طراحی شده است (و بر این اساس میل لنگ قرار گرفته و ابعاد میل لنگ انتخاب می شود) به طوری که بالای پیستون واقع در TDC، همیشه، اگر نه خیلی بزرگ، وجود داشته باشد. اما فضای آزاد - محفظه احتراق. در پایان ضربه فشرده سازی، فشار در سیلندر به 0.8-1.2 مگاپاسکال افزایش می یابد و دما به 450-500 درجه سانتیگراد می رسد. (شکل 10)

شکل 10 چرخه دوم - فشرده سازی

چرخه سوم - سکته مغزی کار (اصلی)

چرخه سوم حیاتی ترین لحظه ای است که انرژی حرارتی به انرژی مکانیکی تبدیل می شود. در ابتدای ضربه سوم (و در واقع در پایان ضربه فشرده سازی)، مخلوط قابل احتراق با کمک شمع مشتعل می شود (شکل 11).

شکل 11. سیکل سوم، سکته مغزی.

میزان چهارم - رهاسازی

در طی این فرآیند، دریچه ورودی بسته و دریچه خروجی باز است. پیستون که از پایین به بالا حرکت می کند (از BDC به TDC)، گازهای خروجی باقی مانده در سیلندر را پس از احتراق و انبساط از طریق دریچه باز خروجی به کانال اگزوز هل می دهد (شکل 12).

Fig.12 انتشار.

هر چهار چرخه به صورت دوره ای در سیلندر موتور تکرار می شود و در نتیجه عملکرد مداوم آن را تضمین می کند و به آن چرخه وظیفه می گویند.

2.3 موتورهای احتراق داخلی مدرن.

2.3.1. راه حل های طراحی جدید اجرا شده در موتور احتراق داخلی.

از زمان Lenoir تا به امروز، موتور احتراق داخلی دستخوش تغییرات زیادی شده است. ظاهر، دستگاه، قدرت آنها تغییر کرده است. سال‌هاست که طراحان در سرتاسر جهان تلاش می‌کنند تا بازده موتور احتراق داخلی را با سوخت کمتر افزایش دهند تا به قدرت بیشتری دست یابند. اولین قدم به سمت این توسعه صنعت بود، ظهور ماشین آلات دقیق تر برای ساخت DVS، تجهیزات، فلزات جدید (سبک) ظاهر شد. مراحل بعدی در موتورسازی به مالکیت موتورها بستگی داشت. موتورهای قدرتمند، اقتصادی، جمع و جور، نگهداری آسان و بادوام در خودروی ساختمان مورد نیاز بود. آیا در کشتی سازی، تراکتورسازی، به موتورهای کششی با ذخیره قدرت زیاد (عمدتاً دیزل) نیاز است؟

برای دستیابی به پارامترهای فوق از دور بالا و دور کم استفاده شد. به نوبه خود، در تمام موتورها، نسبت تراکم، حجم سیلندر، زمان بندی سوپاپ ها، تعداد سوپاپ های ورودی و خروجی در هر سیلندر و روش های تامین مخلوط به سیلندر تغییر کرد. موتورهای اول با دو سوپاپ بودند، مخلوط از طریق کاربراتور تغذیه می شد که شامل یک پخش کننده دریچه هواگیر و یک جت سوخت کالیبره شده بود. کاربراتورها به سرعت ارتقاء یافتند و با موتورهای جدید و حالت های عملکرد آنها سازگار شدند. وظیفه اصلی کاربراتور تهیه یک مخلوط قابل احتراق و تامین آن به منیفولد موتور است. علاوه بر این، روش های دیگری برای افزایش قدرت و کارایی موتور احتراق داخلی مورد استفاده قرار گرفت.

2.3.2. چالش های پیش روی طراحان

پیشرفت فناوری به حدی رسیده است که موتورهای احتراق داخلی تقریباً غیرقابل تشخیص تغییر کرده اند. نسبت تراکم در سیلندرهای موتور احتراق داخلی به 15 کیلوگرم بر سانتی متر مربع برای موتورهای بنزینی و تا 29 کیلوگرم بر سانتی متر مربع برای موتورهای دیزلی افزایش یافته است. تعداد سوپاپ ها به 6 عدد در هر سیلندر رسیده است، از حجم موتورهای کوچک، آنها قدرتی را که موتورهای با حجم زیاد تولید می کردند حذف می کنند، به عنوان مثال: 120 اسب بخار از موتور 1600 سی سی و 2400 سی سی از موتور 2400 سی سی حذف می شود. . تا 200 اسب بخار با همه اینها الزامات D.V.S. هر سال افزایش می یابد. این به سلیقه مصرف کننده مربوط می شود. موتورها مشمول الزامات مربوط به کاهش گازهای مضر هستند. امروزه استاندارد EURO-3 در روسیه و استاندارد EURO-4 در کشورهای اروپایی معرفی شده است. این امر طراحان را در سراسر جهان مجبور کرد تا به روش جدیدی برای تأمین سوخت، کنترل و عملکرد موتور روی آورند. در زمان ما، برای کار D.V.S. کنترل، مدیریت، ریزپردازنده. گازهای خروجی پس از سوزاندن توسط انواع مختلف کاتالیزورها انجام می شود. وظیفه طراحان مدرن به شرح زیر است: رضایت مصرف کننده، با ایجاد موتورهایی با پارامترهای لازم، و رعایت استانداردهای EURO-3، EURO-4.

2.4. مزایا و معایب

نسبت به سایر انواع موتورهای احتراق داخلی

ارزیابی مزایا و معایب D.V.S. با انواع دیگر موتورها، باید انواع خاصی از موتورها را با هم مقایسه کنید.

2.5. استفاده از موتور احتراق داخلی.

D.V.S. در بسیاری از وسایل نقلیه و در صنعت استفاده می شود. موتورهای دو زمانه در جاهایی استفاده می‌شوند که اندازه کوچک مهم است اما مصرف سوخت نسبتاً بی‌اهمیت است، مانند موتورسیکلت‌ها، قایق‌های موتوری کوچک، اره‌های برقی و ابزارهای موتوری. موتورهای چهار زمانه بر روی اکثر خودروهای دیگر نصب می شوند.

3. نتیجه گیری.

ما کشف و دستاوردهای دانشمندان را در مورد موضوع اختراع موتورهای احتراق داخلی تجزیه و تحلیل کردیم، متوجه شدیم که مزایا و معایب آنها چیست.

4. فهرست مراجع.

1. موتورهای احتراق داخلی، جلد 1-3، مسکو.. 1957.

2. فیزیک کلاس 8. A.V. پریشکین.

3. ویکی پدیا (دانشنامه آزاد)

4. مجله "پشت چرخ"

5. کتاب مرجع بزرگ برای دانش آموزان کلاس 5-11. مسکو انتشارات درفا.

5. کاربرد

عکس. 1 http://images.yandex.ru

شکل 2 http://images.yandex.ru

شکل 3 http://images.yandex.ru

شکل 4 http://images.yandex.ru

شکل 5 http://images.yandex.ru

شکل 6 http://images.yandex.ru

شکل 7 http://images.yandex.ru

شکل 8 http://images.yandex.ru

شکل 9 http://images.yandex.ru

شکل 10 http://images.yandex.ru

شکل 11 http://images.yandex.ru

شکل 12 http://images.yandex.ru

موتور احتراق داخلی (ICE)- مکانیزم خودرویی که عملکرد آن به تبدیل یک نوع انرژی (به ویژه واکنش شیمیایی حاصل از احتراق سوخت) به نوع دیگر (انرژی مکانیکی برای راه اندازی ماشین) بستگی دارد.

مانند مزایای موتور احتراق داخلیکه گسترده ترین کاربرد آن را تعیین می کند، توجه داشته باشید: استقلال، هزینه نسبتاً کم، قابلیت استفاده در مصرف کنندگان مختلف، چند سوخت (ICE می تواند با بنزین، سوخت دیزل، گاز و حتی با الکل و روغن کلزا کار کند). همچنین، از مزایای آن می توان به قابلیت اطمینان نسبتاً بالای موتور احتراق داخلی و بی تکلف بودن در کار، سهولت تعمیر و نگهداری اشاره کرد.

که در آن موتورهای احتراق داخلی دارای معایبی هستند: راندمان کم، سمیت، سر و صدا.

با این حال، موتورهای احتراق داخلی از نظر ترکیبی از مزایا و معایب، در حال حاضر رقبای جدی در بخش حمل و نقل (به عنوان موتور خودرو) ندارند و در آینده نزدیک نیز انتظار نمی رود.

ICE را می توان به چند دسته تقسیم کرد

بر اساس نوع تبدیل انرژی:

توربین؛
پیستون؛
واکنشی؛
ترکیب شده

بر اساس نوع چرخه کاری:

با 2 سیکل چرخه؛
با 4 چرخه

بر اساس نوع سوخت مصرفی:

روی بنزین؛
روی دیزل؛
روی گاز

دستگاه ICE

موتور احتراق داخلی دستگاه نسبتاً پیچیده ای دارد که می تواند به موارد زیر مجهز شود:

بدنه (بلوک و سر سیلندر)؛
مکانیسم های کار (لنگ و توزیع گاز)؛
سیستم های مختلف (سوخت، مکش، اگزوز، روانکاری، احتراق، خنک کننده و کنترل).

KShM (مکانیسم میل لنگ) حرکت ماهیت رفت و برگشتی پیستون و حرکت چرخشی معکوس شفت را فراهم می کند.

مکانیزم توزیع گاز برای تامین سوخت و هوا به سیلندرها، برای حذف مخلوط گازهای خروجی طراحی شده است.

سیستم سوخت برای تامین سوخت موتور خودرو طراحی شده است.

سیستم مکش وظیفه تامین به موقع هوا به موتور احتراق داخلی را بر عهده دارد و سیستم اگزوز وظیفه حذف گازهای خروجی اگزوز، کاهش سطح صدای ناشی از عملکرد سیلندرها و همچنین کاهش سمیت آنها را بر عهده دارد.

سیستم تزریق، تحویل TPS به موتور هواپیما را تضمین می کند.

سیستم احتراق (اشتعال) عملکرد احتراق مخلوط هوا و سوختی که وارد موتور احتراق داخلی می شود را انجام می دهد.

سیستم روغن کاری روغن کاری به موقع تمام قطعات داخلی و قطعات موتور را فراهم می کند.

سیستم خنک کننده خنک کننده فشرده سیستم ICE کار را در حین کار فراهم می کند.

سیستم کنترل وظیفه کنترل عملکرد هماهنگ کلیه سیستم های مهم موتور احتراق داخلی را بر عهده دارد.

اصل عملکرد موتور احتراق داخلی

موتور بر اساس انرژی حرارتی گازهای تولید شده در طی احتراق سوخت مورد استفاده کار می کند که به نوبه خود حرکت پیستون را در سیلندر آغاز می کند. ICE به صورت چرخه ای کار می کند. به منظور تکرار هر سیکل بعدی، مخلوط مصرف شده حذف می شود و قسمت جدیدی از سوخت و هوا وارد پیستون می شود.

در مدل های مدرن خودرو از موتورهایی که در 4 چرخه کار می کنند استفاده می شود. عملکرد چنین موتوری بر اساس چهار قسمت مساوی در زمان است. سکته مغزی فرآیندی است که در سیلندر موتور خودرو در یک حرکت (بالا / پایین آوردن) پیستون انجام می شود.

پیستون در سیلندر چهار حرکت ساعت را انجام می دهد - دو حرکت به سمت بالا و دو حرکت پایین. حرکت سکته مغزی از نقطه افراطی (پایین یا بالا) شروع می شود و مراحل زیر را طی می کند: جذب، فشرده سازی، حرکت و اگزوز.

اجازه دهید ویژگی های عملکرد موتور احتراق داخلی را در هر یک از چرخه ها با جزئیات بیشتری در نظر بگیریم.

سکته مغزی مصرفی

مصرف در نقطه افراطی (MT - نقطه مرده) شروع می شود. فرقی نمی کند حرکت از کدام نقطه شروع شود، از MT بالا یا MT پایین. با شروع حرکت خود در سیلندر، پیستون مخلوط سوخت و هوای ورودی را هنگامی که دریچه ورودی باز است جذب می کند. در این مورد، مجموعه های سوخت می توانند هم در منیفولد ورودی و هم در محفظه احتراق تشکیل شوند.

ضربه فشرده سازی

هنگامی که فشرده می شود، دریچه های ورودی کاملاً بسته می شوند، مجموعه سوخت شروع به فشرده شدن مستقیم در سیلندرها می کند. این به دلیل حرکت معکوس پیستون از یک MT به دیگری اتفاق می افتد. در این حالت، مجموعه سوخت به اندازه خود محفظه احتراق فشرده می شود. فشرده سازی قوی کار مولدتری VDS را فراهم می کند.

چرخه حرکت (سکته مغزی)

در این ضربه، مخلوط هوا و سوخت مشتعل می شود. این می تواند خود اشتعال (برای موتورهای دیزلی) یا احتراق اجباری (برای موتورهای بنزینی) باشد. به دلیل احتراق VTS، تشکیل سریع گازها رخ می دهد که انرژی آن روی پیستون عمل می کند و آن را به حرکت در می آورد. KShM حرکات پیستون انتقالی را به شفت های چرخشی تبدیل می کند. دریچه های سیستم در حرکت حرکتی و همچنین در کورس فشاری باید کاملا بسته باشند.

سکته مغزی را رها کنید

در آخرین ضربه اگزوز، تمام سوپاپ‌های اگزوز باز می‌شوند و پس از آن مکانیسم توزیع گاز گازهای خروجی را از موتور احتراق داخلی به سیستم اگزوز خارج می‌کند، جایی که تمیز کردن، خنک‌سازی و کاهش نویز انجام می‌شود. در انتها گازها به طور کامل در جو آزاد می شوند.

پس از پایان کورس اگزوز، چرخه‌ها تکرار می‌شوند و با ضربه ورودی شروع می‌شوند.

ویدیویی که به وضوح دستگاه و عملکرد یک موتور احتراق داخلی را نشان می دهد:

انبساط حرارتی

موتورهای احتراق داخلی متقابل

طبقه بندی ICE

مبانی موتورهای احتراق داخلی پیستونی

اصل عملیات

اصل کارکرد موتور کاربراتوری چهار زمانه

اصل عملکرد یک موتور دیزل چهار زمانه

اصل کارکرد موتور دو زمانه

چرخه کار موتور چهار زمانه

چرخه های کاری موتورهای دو زمانه

شاخص هایی که عملکرد موتور را مشخص می کنند

میانگین فشار و توان نشان داده شده نشان داده شده است

توان مؤثر و فشارهای مؤثر متوسط

بازده نشانگر و نشانگر مصرف سوخت خاص

راندمان موثر و مصرف سوخت موثر خاص

تعادل حرارتی موتور

نوآوری

معرفی

موتورهای احتراق داخلی

موتورهای حرارتی را می توان به دو گروه اصلی تقسیم کرد:

1. موتورهای احتراق خارجی - موتورهای بخار، توربین های بخار، موتورهای استرلینگ و غیره.

2. موتورهای احتراق داخلی. به عنوان نیروگاه برای خودروها، موتورهای احتراق داخلی بیشترین استفاده را دارند که در آنها فرآیند احتراق

در سال 1862، مخترع فرانسوی Beau de Rocha استفاده از چرخه چهار زمانه را در یک موتور احتراق داخلی پیشنهاد کرد:

1. مکش;

2. فشرده سازی;

3. احتراق و انبساط;

4. اگزوز.

در حال حاضر موتورهای احتراق داخلی پیستونی چهار زمانه عمدتاً در وسایل نقلیه استفاده می شوند.

یک موتور تک سیلندر (شکل a) شامل قطعات اصلی زیر است: سیلندر 4، میل لنگ 2، پیستون 6، شاتون 3، میل لنگ 1 و فلایویل 14. در یک انتها، شاتون به صورت محوری با استفاده از پیستون به پیستون متصل می شود. پین 5، و در انتهای دیگر نیز با میل لنگ مفصل میل لنگ.

هنگامی که میل لنگ می چرخد، پیستون در سیلندر به جلو و عقب حرکت می کند. برای یک دور چرخش میل لنگ، پیستون یک حرکت به سمت پایین و بالا انجام می دهد. تغییر جهت حرکت پیستون در نقاط مرده - بالا (TDC) و پایین (BDC) رخ می دهد.

نقطه مرگ بالا، موقعیت پیستون دورتر از میل لنگ (بالاترین نقطه زمانی که موتور عمودی است)، و نقطه مرگ پایین، نزدیکترین موقعیت پیستون به میل لنگ (پایین ترین زمانی که موتور عمودی است) است.

برنج. نمودار شماتیک (الف) موتور احتراق داخلی پیستونی چهار زمانه تک سیلندر و نمودار آن (ب) برای تعیین پارامترها:
1 - میل لنگ؛ 2 - میل لنگ؛ 3 - شاتون; 4 - سیلندر؛ 5 - پین پیستون؛ 6 - پیستون؛ 7 - شیر ورودی؛ 8 - خط لوله ورودی; 9 - میل بادامک؛ 10 - شمع (موتورهای بنزینی و گازی) یا انژکتور سوخت (موتورهای گازوئیل). 11 - خط لوله اگزوز. 12 - خروجی، شیر؛ 13 - رینگ های پیستون؛ 14 - چرخ طیار; D قطر سیلندر است. r - شعاع میل لنگ؛ S - ضربه پیستون

فاصله S (شکل b) بین TDC و BDC را ضربه پیستون می گویند. با فرمول محاسبه می شود:

S = 2r
جایی که r شعاع میل لنگ میل لنگ است.

حرکت پیستون و قطر سیلندر D ابعاد اصلی موتور را تعیین می کند. در موتورهای حمل و نقل، نسبت S/D 0.7 -1.5 است. در S/D< 1 двигатель называется короткоходным, а при S/D >1 - سکته مغزی طولانی

همانطور که پیستون از TDC به BDC پایین می رود، حجم بالای آن از حداقل به حداکثر تغییر می کند. حداقل حجم سیلندر بالای پیستون زمانی که در TDC قرار دارد، محفظه احتراق نامیده می شود. حجم سیلندر آزاد شده توسط پیستون هنگام حرکت از TDC به BDC، حجم کار نامیده می شود. مجموع جابه جایی تمام سیلندرها، جابجایی موتور است. که بر حسب لیتر بیان می شود، به آن جابه جایی موتور می گویند. حجم کل یک سیلندر با مجموع حجم کاری آن و حجم محفظه احتراق تعیین می شود. این حجم در بالای پیستون در موقعیت آن در BDC محصور شده است.

یکی از ویژگی های مهم موتور، نسبت تراکم است که با نسبت حجم کل سیلندر به حجم محفظه احتراق تعیین می شود. نسبت تراکم نشان می دهد که چند بار شارژ (مخلوط هوا یا سوخت هوا) که وارد سیلندر می شود، هنگامی که پیستون از BDC به TDC حرکت می کند، فشرده می شود. برای موتورهای بنزینی، نسبت تراکم 6 - 14 و برای موتورهای دیزلی - 14 - 24 است. نسبت تراکم اتخاذ شده تا حد زیادی قدرت موتور و کارایی آن را تعیین می کند و همچنین به طور قابل توجهی بر سمیت گازهای خروجی تأثیر می گذارد.

عملکرد یک موتور احتراق داخلی پیستونی بر اساس استفاده از فشار روی پیستون از گازهایی است که در طی احتراق مخلوط سوخت و هوا در سیلندر ایجاد می شود. در موتورهای بنزینی و گازسوز مخلوط توسط شمع 10 و در موتورهای دیزلی در اثر تراکم مشتعل می شود. مفاهیمی از مخلوط های قابل احتراق و کار وجود دارد. مخلوط قابل احتراق متشکل از سوخت و هوای تمیز است و مخلوط کاری شامل گازهای خروجی باقی مانده در سیلندر نیز می شود.

مجموعه ای از فرآیندهای متوالی که به صورت دوره ای در هر سیلندر موتور تکرار می شود و عملکرد مداوم آن را تضمین می کند، سیکل کاری نامیده می شود. چرخه کار یک موتور چهار زمانه از چهار فرآیند تشکیل شده است که هر کدام در یک حرکت پیستون (سکته مغزی) یا نیم دور میل لنگ اتفاق می افتد. یک چرخه کامل کار در دو دور چرخش میل لنگ انجام می شود. لازم به ذکر است که در حالت کلی، مفاهیم "فرایند کار" و "سکته مغزی" مترادف نیستند، اگرچه برای یک موتور پیستونی چهار زمانه عملاً یکسان هستند.

چرخه کار یک موتور بنزینی را در نظر بگیرید.

اولین ضربه چرخه کاری ورودی است. پیستون از TDC به BDC حرکت می کند، در حالی که شیر ورودی 7 باز است و خروجی 12 بسته است و مخلوط قابل احتراق تحت اثر خلاء وارد سیلندر می شود. هنگامی که پیستون به BDC می رسد، دریچه ورودی بسته می شود و سیلندر با مخلوط کاری پر می شود. در اکثر موتورهای بنزینی، مخلوط قابل احتراق در خارج از سیلندر (در کاربراتور یا منیفولد ورودی 8) تشکیل می شود.

مرحله بعدی فشرده سازی است. پیستون از BDC به TDC برمی گردد و مخلوط را فشرده می کند. این برای احتراق سریعتر و کاملتر آن ضروری است. دریچه های ورودی و خروجی بسته هستند. درجه فشرده سازی مخلوط کار در طول ضربه فشرده سازی به خواص بنزین مورد استفاده و در درجه اول به مقاومت ضد ضربه آن بستگی دارد که با عدد اکتان مشخص می شود (برای بنزین 76 - 98 است). هر چه عدد اکتان بیشتر باشد، مقاومت سوخت در برابر ضربه بیشتر است. اگر نسبت تراکم خیلی زیاد باشد یا مقاومت ضد ضربه بنزین خیلی کم باشد، ممکن است انفجار (در نتیجه تراکم) احتراق مخلوط رخ دهد و عملکرد طبیعی موتور مختل شود. در پایان ضربه فشرده سازی، فشار در سیلندر به 0.8 ... 1.2 مگاپاسکال افزایش می یابد و دما به 450 ... 500 درجه سانتیگراد می رسد.

حرکت تراکم با انبساط (سکته مغزی) به دنبال حرکت پیستون از TDC به پایین انجام می شود. در ابتدای این ضربه، حتی با مقداری پیشروی، مخلوط قابل احتراق توسط شمع 10 مشتعل می شود. در همان زمان، دریچه های ورودی و خروجی بسته می شوند. این مخلوط با آزاد شدن مقدار زیادی گرما خیلی سریع می سوزد. فشار در سیلندر به شدت افزایش می یابد و پیستون به سمت WTC حرکت می کند و میل لنگ 1 را از طریق میله اتصال 3 می چرخاند. در لحظه احتراق مخلوط، دمای سیلندر به 1800 ... 2000 درجه سانتیگراد افزایش می یابد. و فشار - تا 2.5 ... 3.0 MPa.

آخرین چرخه چرخه کاری رهاسازی است. در طول این ضربه، دریچه ورودی بسته و دریچه خروجی باز است. پیستون که از BDC به TDC به سمت بالا حرکت می کند، گازهای خروجی باقی مانده در سیلندر را پس از احتراق و انبساط از طریق دریچه خروجی باز به لوله اگزوز 11 فشار می دهد. سپس چرخه تکرار می شود.

چرخه کار یک موتور دیزلی دارای تفاوت هایی با چرخه در نظر گرفته شده یک موتور بنزینی است. در طول ضربه ورودی، این یک مخلوط قابل احتراق نیست که از طریق خط لوله 8 وارد سیلندر می شود، بلکه هوای تمیز است که در طول ضربه بعدی فشرده می شود. در پایان سکته فشرده سازی، هنگامی که پیستون به TDC نزدیک می شود، سوخت دیزل ریز اتمیزه شده از طریق یک دستگاه مخصوص به سیلندر تزریق می شود - یک نازل که در قسمت بالایی سر سیلندر پیچ شده است. ذرات سوخت در تماس با هوا که به دلیل فشرده شدن دمای بالایی دارد، به سرعت می سوزند. مقدار زیادی گرما آزاد می شود که در نتیجه دمای سیلندر به 1700 ... 2000 درجه سانتیگراد و فشار - تا 7 ... 8 مگاپاسکال افزایش می یابد. تحت تأثیر فشار گاز، پیستون به سمت پایین حرکت می کند - یک ضربه کار رخ می دهد. حرکت اگزوز موتورهای دیزلی و بنزینی مشابه است.

برای اینکه چرخه کار در موتور به درستی انجام شود، لازم است لحظات باز و بسته شدن سوپاپ های آن با سرعت میل لنگ هماهنگ شود. این کار به روش زیر انجام می شود. میل لنگ با استفاده از چرخ دنده، زنجیر یا محرک تسمه، میل موتور دیگری - توزیع 9 را می چرخاند که باید دو برابر آهسته تر از میل لنگ بچرخد. بر روی میل بادامک برآمدگی های پروفیلی (بادامک) وجود دارد که به طور مستقیم یا از طریق قطعات میانی (هلنده ها، میله ها، بازوهای راکر) دریچه های ورودی و خروجی را حرکت می دهند. برای دو دور چرخش میل لنگ، هر سوپاپ، ورودی و خروجی، فقط یک بار باز و بسته می شود: به ترتیب در هنگام ورود و خروج اگزوز.

آب بندی بین پیستون و سیلندر و همچنین حذف روغن اضافی از دیواره های سیلندر توسط رینگ های مخصوص پیستون 13 تامین می شود.

میل لنگ یک موتور تک سیلندر به طور ناهموار می چرخد: با شتاب در طول حرکت قدرت و کاهش سرعت در طول چرخه های کمکی باقی مانده (مصرف، فشرده سازی و اگزوز). برای افزایش یکنواختی چرخش میل لنگ، یک دیسک عظیم در انتهای آن نصب شده است - فلایویل 14، که در طول حرکت کار انرژی جنبشی را جمع می کند و در طول چرخه های باقی مانده آن را پس می دهد و با اینرسی به چرخش خود ادامه می دهد.

با این حال، با وجود وجود چرخ فلایو، میل لنگ یک موتور تک سیلندر به اندازه کافی نمی چرخد. در لحظه های احتراق مخلوط کار، شوک های قابل توجهی به میل لنگ موتور منتقل می شود که به سرعت خود موتور و قطعات نصب آن را از کار می اندازد. بنابراین، موتورهای تک سیلندر به ندرت استفاده می شوند، عمدتا در خودروهای دو چرخ. بر روی سایر ماشین ها موتورهای چند سیلندر نصب می شود که به دلیل اینکه حرکت پیستون در سیلندرهای مختلف به طور همزمان انجام نمی شود، چرخش یکنواخت تری میل لنگ را فراهم می کند. موتورهای چهار، شش، هشت و دوازده سیلندر پرکاربردترین موتورها هستند، اگرچه موتورهای سه و پنج سیلندر نیز در برخی خودروها استفاده می شوند.

موتورهای چند سیلندر معمولاً دارای آرایش خطی یا V شکل سیلندرها هستند. در مورد اول، سیلندرها در یک خط و در دوم - در دو ردیف در زاویه ای نسبت به یکدیگر نصب می شوند. این زاویه برای طرح های مختلف 60 ... 120 درجه است; برای موتورهای چهار و شش سیلندر معمولاً 90 درجه است. در مقایسه با موتورهای درون خطی V با همان قدرت، کوتاه‌تر، بلندتر و سبک‌تر هستند. سیلندرها به ترتیب شماره گذاری می شوند: ابتدا از جلو (پا)، سیلندرهای سمت راست (در جهت دستگاه) نیمی از موتور شماره گذاری می شوند و سپس با شروع از جلو، نیمه چپ.

عملکرد یکنواخت یک موتور چند سیلندر در صورتی حاصل می شود که تناوب حرکت قدرت در سیلندرهای آن از طریق زوایای چرخش مساوی میل لنگ انجام شود. فاصله زاویه ای که از طریق آن چرخه های مشابه به طور مساوی در سیلندرهای مختلف تکرار می شود را می توان با تقسیم 720 درجه (زاویه چرخش میل لنگ که در آن یک چرخه عملیاتی کامل انجام می شود) بر تعداد سیلندرهای موتور تعیین کرد. به عنوان مثال، یک موتور هشت سیلندر دارای فاصله زاویه ای 90 درجه است.

دنباله چرخه های متناوب به همین نام در سیلندرهای مختلف، ترتیب کار موتور نامیده می شود. ترتیب کار باید به گونه ای باشد که تأثیر منفی نیروها و گشتاورهای اینرسی بر عملکرد موتور را که از حرکت ناهموار پیستون ها در سیلندرها ناشی می شود و شتاب آنها از نظر بزرگی و جهت متفاوت است، تا حد زیادی کاهش دهد. برای موتورهای چهار سیلندر خطی و V شکل، ترتیب کار می تواند به شرح زیر باشد: 1 - 2 - 4 - 3 یا 1 - 3 - 4-2، برای موتورهای شش سیلندر خطی و V شکل. ، به ترتیب 1 - 5-3 - 6 - 2- 4 و 1 - 4 - 2 - 5 - 3 - 6 و برای موتورهای هشت سیلندر V - 1 - 5 - 4 - 2 - 6 - 3 - 7 - 8 .

به منظور استفاده موثرتر از حجم کاری سیلندرها و افزایش قدرت آنها در برخی از طرح های موتورهای پیستونی، هوا با افزایش متناظر در مقدار سوخت تزریقی سوپرشارژ می شود. برای تامین فشار، یعنی ایجاد فشار اضافی در ورودی سیلندر، اغلب از کمپرسورهای توربین گاز (توربو کمپرسور) استفاده می شود. در این حالت از انرژی گازهای خروجی برای پمپاژ هوا استفاده می شود که با خروج از سیلندرها با سرعت بالا، چرخ توربین توربوشارژر نصب شده روی همان شفت چرخ پمپ را می چرخاند. علاوه بر توربوشارژرها از سوپرشارژرهای مکانیکی نیز استفاده می شود که بدنه کار آنها (چرخ های پمپ) با استفاده از گیربکس مکانیکی از میل لنگ موتور رانده می شود.

برای پر کردن بهتر سیلندرها با مخلوط قابل احتراق (موتورهای بنزینی) یا هوای تمیز (موتورهای دیزل) و همچنین برای تمیز کردن کاملتر گازهای خروجی آنها، سوپاپ ها باید باز و بسته شوند نه در لحظاتی که پیستون ها در TDC هستند. و BDC، اما با مقداری پیشروی یا تاخیر. لحظه های باز و بسته شدن سوپاپ ها که بر حسب درجه از زوایای چرخش میل لنگ نسبت به TDC و BDC بیان می شود، زمان بندی سوپاپ نامیده می شود و می توان آن را به صورت نمودار دایره ای نشان داد.

سوپاپ ورودی در طول کورس اگزوز چرخه عملیات قبلی، زمانی که پیستون هنوز به TDC نرسیده است، شروع به باز شدن می کند. در این زمان، گازهای خروجی از طریق خط لوله اگزوز خارج می شوند و به دلیل اینرسی جریان، ذرات بار تازه را از خط لوله ورودی باز شده خارج می کنند، که حتی در صورت عدم وجود خلاء در آن، شروع به پر کردن سیلندر می کنند. زمانی که پیستون به TDC می رسد و شروع به حرکت به سمت پایین می کند، سوپاپ ورودی به میزان قابل توجهی باز است و سیلندر به سرعت با یک شارژ تازه پر می شود. زاویه پیشروی باز شدن سوپاپ ورودی برای موتورهای مختلف بین 9 ... 33 درجه متغیر است. هنگامی که پیستون از BDC عبور می کند و در زمان تراکم شروع به حرکت به سمت بالا می کند، دریچه ورودی بسته می شود. تا این زمان، یک شارژ تازه سیلندر را با اینرسی پر می کند. زاویه p تاخیر در بستن سوپاپ ورودی بستگی به مدل موتور دارد و 40 ... 85 درجه است.

برنج. نمودار دایره ای زمان بندی سوپاپ موتور چهار زمانه:
الف - زاویه پیشروی باز شدن دریچه ورودی؛ p زاویه تاخیر در بستن شیر ورودی است. y - زاویه پیشروی باز شدن دریچه اگزوز؛ ب - زاویه تاخیر در بسته شدن دریچه اگزوز

سوپاپ اگزوز در حین کورس برق زمانی که پیستون هنوز به BDC نرسیده باز می شود. در این حالت، کار پیستون مورد نیاز برای جابجایی گازهای خروجی کاهش می یابد و مقداری از دست دادن کار گاز به دلیل باز شدن زودهنگام دریچه خروجی را جبران می کند. زاویه پیشروی باز شدن سوپاپ خروجی Y 40...70 درجه است. دریچه اگزوز کمی دیرتر از رسیدن پیستون به TDC بسته می شود، یعنی در طول کورس ورودی سیکل عملیاتی بعدی. هنگامی که پیستون شروع به پایین آمدن می کند، گازهای باقی مانده همچنان با اینرسی از سیلندر خارج می شوند. زاویه 5 تاخیر در بسته شدن دریچه اگزوز 9 ... 50 درجه است.

زاویه a + 5 که در آن سوپاپ های ورودی و خروجی به طور همزمان کمی باز هستند، زاویه همپوشانی سوپاپ نامیده می شود. با توجه به کوچک بودن این زاویه و شکاف های بین سوپاپ ها و نشیمنگاه های آنها در این حالت عملاً نشتی شارژ از سیلندر وجود ندارد. علاوه بر این، پر شدن سیلندر با شارژ تازه به دلیل سرعت جریان بالای گازهای خروجی از طریق دریچه اگزوز بهبود یافته است.

زوایای پیشروی و عقب ماندگی و در نتیجه مدت زمان باز شدن سوپاپ ها باید بیشتر باشد و سرعت میل لنگ موتور بیشتر باشد. این به این دلیل است که در موتورهای پرسرعت تمام فرآیندهای تبادل گاز سریعتر اتفاق می افتد و اینرسی گازهای شارژ و اگزوز تغییر نمی کند.

برنج. نمودار شماتیک یک موتور توربین گازی:
1 - کمپرسور؛ 2 - محفظه احتراق; 3 - توربین کمپرسور; 4 - توربین قدرت; M - گشتاور منتقل شده به گیربکس ماشین

اصل عملکرد یک موتور توربین گازی (GTE) در شکل نشان داده شده است. هوای اتمسفر توسط کمپرسور 2 مکیده شده، در آن فشرده شده و به محفظه احتراق 2 وارد می شود، جایی که سوخت نیز از طریق نازل تامین می شود. در این محفظه فرآیند سوزاندن سوخت با فشار ثابت صورت می گیرد. محصولات گازی حاصل از احتراق وارد توربین می شود و به کمپرسور 3 می رسد، جایی که بخشی از انرژی آنها صرف راندن کمپرسوری می شود که هوا را پمپ می کند. بقیه انرژی گازها به کار مکانیکی چرخش توربین آزاد یا قدرتی 4 تبدیل می شود که از طریق یک جعبه دنده به انتقال دستگاه متصل می شود. در این حالت، در توربین کمپرسور و توربین آزاد، گاز با کاهش فشار از حداکثر مقدار (در محفظه احتراق) به اتمسفر منبسط می شود.

قطعات کار یک موتور توربین گاز، بر خلاف عناصر مشابه موتور پیستونی، دائماً در معرض دمای بالا قرار دارند. بنابراین، برای کاهش آن، هوای بسیار بیشتری باید به محفظه احتراق موتور توربین گازی وارد شود که برای فرآیند احتراق لازم است.

موتورهای احتراق داخلی

انبساط حرارتی

موتورهای احتراق داخلی متقابل

طبقه بندی ICE

مبانی موتورهای احتراق داخلی پیستونی

اصل عملیات

اصل کارکرد موتور کاربراتوری چهار زمانه

اصل عملکرد یک موتور دیزل چهار زمانه

اصل کارکرد موتور دو زمانه

چرخه کار موتور چهار زمانه

چرخه های کاری موتورهای دو زمانه

شاخص هایی که عملکرد موتور را مشخص می کنند

میانگین فشار و توان نشان داده شده نشان داده شده است

توان مؤثر و فشارهای مؤثر متوسط

بازده نشانگر و نشانگر مصرف سوخت خاص

راندمان موثر و مصرف سوخت موثر خاص

تعادل حرارتی موتور

نوآوری

ضربه اول - ورودی:

شکل 9 ضربه اول - مکش

چرخه سوم - سکته مغزی کار (اصلی)

میزان چهارم - رهاسازی

ICE را می توان به چند دسته تقسیم کرد

دستگاه ICE

اصل عملکرد موتور احتراق داخلی

موتورهای احتراق داخلی

چرخه کار یک موتور بنزینی را در نظر بگیرید.

همچنین بخوانید