Zawartość:

Rozszerzalność termiczna

Klasyfikacja ICE

Zasada działania

Bilans cieplny silnika

Innowacje

Wstęp

Znaczący rozwój wszystkich sektorów gospodarki narodowej wymaga przemieszczania dużej ilości ładunków i pasażerów. Wysoka zwrotność, zdolność przełajowa i przystosowanie do pracy w różnych warunkach sprawiają, że samochód jest jednym z głównych środków transportu towarów i pasażerów.

Transport samochodowy odgrywa ważną rolę w rozwoju wschodnich i nieczarnoziemnych regionów naszego kraju. Brak rozwiniętej sieci kolejowej oraz ograniczenia w wykorzystywaniu rzek do żeglugi sprawiają, że samochód jest głównym środkiem transportu na tych terenach.

Transport samochodowy w Rosji obsługuje wszystkie sektory gospodarki narodowej i zajmuje jedno z wiodących miejsc w ujednoliconym systemie transportowym kraju. Udział transportu drogowego stanowi ponad 80% ładunków przewożonych wszystkimi gałęziami transportu kombinowanego i ponad 70% ruchu pasażerskiego.

Transport samochodowy powstał w wyniku rozwoju nowej gałęzi gospodarki narodowej - przemysłu motoryzacyjnego, który na obecnym etapie jest jednym z głównych ogniw krajowej budowy maszyn.

Stworzenie samochodu rozpoczęło się ponad dwieście lat temu (nazwa „samochód” pochodzi od greckiego słowa autos – „self” i łacińskiego mobilis – „mobile”), kiedy zaczęto produkować wózki „samobieżne”. Po raz pierwszy pojawili się w Rosji. W 1752 r. rosyjski mechanik-samouk, chłop L. Szamszurenkow, stworzył „powóz samojezdny”, który jak na owe czasy był doskonały, wprawiany w ruch siłą dwóch osób. Później rosyjski wynalazca I.P. Kulibin stworzył „wózek ze skuterami” z napędem na pedały. Wraz z pojawieniem się silnika parowego, tworzenie samobieżnych wozów szybko się posunęło. W latach 1869-1870. J. Cugno we Francji, a kilka lat później w Anglii zbudowano wagony parowe. Powszechne wykorzystanie samochodu jako pojazdu zaczyna się wraz z pojawieniem się szybkoobrotowego silnika spalinowego. W 1885 r. G. Daimler (Niemcy) zbudował motocykl z silnikiem benzynowym, a w 1886 r. K. Benz – powóz trójkołowy. Mniej więcej w tym samym czasie w krajach rozwiniętych przemysłowo (Francja, Wielka Brytania, USA) powstają samochody z silnikami spalinowymi.

Pod koniec XIX wieku w wielu krajach pojawił się przemysł motoryzacyjny. W carskiej Rosji wielokrotnie podejmowano próby zorganizowania własnej inżynierii mechanicznej. W 1908 roku zorganizowano produkcję samochodów w Rosyjsko-Bałtyckich Zakładach Przewozowych w Rydze. Przez sześć lat produkowano tu samochody, składane głównie z importowanych części. W sumie zakład wyprodukował 451 samochodów osobowych i niewielką liczbę ciężarówek. W 1913 r. parking w Rosji liczył około 9000 samochodów, z czego większość została wykonana za granicą. Po Wielkiej Socjalistycznej Rewolucji Październikowej krajowy przemysł samochodowy musiał powstać praktycznie od zera. Początek rozwoju rosyjskiego przemysłu motoryzacyjnego sięga 1924 roku, kiedy w zakładzie AMO w Moskwie zbudowano pierwsze ciężarówki AMO-F-15.

W latach 1931-1941. powstaje masowa i masowa produkcja samochodów. W 1931 roku fabryka AMO rozpoczęła masową produkcję samochodów ciężarowych. W 1932 roku uruchomiono zakład GAZ.

W 1940 roku Moskiewska Fabryka Samochodów Małych rozpoczęła produkcję małych samochodów. Nieco później powstała Ural Automobile Plant. W latach powojennych planów pięcioletnich uruchomiono fabryki samochodów w Kutaisi, Krzemieńczugu, Uljanowsku i Mińsku. Od końca lat 60. rozwój motoryzacji charakteryzuje się szczególnie szybkim tempem. W 1971 roku Wołżski Zakład Samochodowy im. V.I. 50. rocznica ZSRR.

W ostatnich latach fabryki przemysłu motoryzacyjnego opanowały wiele próbek zmodernizowanego i nowego wyposażenia motoryzacyjnego, m.in. dla rolnictwa, budownictwa, handlu, przemysłu naftowo-gazowego i leśnego.

Silniki z zapłonem wewnętrznym

Obecnie istnieje duża liczba urządzeń wykorzystujących rozszerzalność cieplną gazów. Takie urządzenia obejmują silnik gaźnikowy, silniki wysokoprężne, silniki turboodrzutowe itp.

Silniki cieplne można podzielić na dwie główne grupy:

Silniki spalinowe - silniki parowe, turbiny parowe, silniki Stirlinga itp.
Silniki z zapłonem wewnętrznym. Jako elektrownie do samochodów najbardziej rozpowszechnione są silniki spalinowe, w których zachodzi proces spalania

paliwo z wydzieleniem ciepła i jego przekształceniem w pracę mechaniczną następuje bezpośrednio w cylindrach. Większość nowoczesnych samochodów wyposażona jest w silniki spalinowe.

Najbardziej ekonomiczne są silniki spalinowe tłokowe i kombinowane. Charakteryzują się dość długą żywotnością, stosunkowo małymi gabarytami i wagą. Za główną wadę tych silników należy uznać ruch posuwisto-zwrotny tłoka, związany z obecnością mechanizmu korbowego, co komplikuje konstrukcję i ogranicza możliwość zwiększania prędkości obrotowej, zwłaszcza przy znacznych rozmiarach silnika.

A teraz trochę o pierwszym ICE. Pierwszy silnik spalinowy (ICE) został stworzony w 1860 roku przez francuskiego inżyniera Étvena Lenoira, ale maszyna ta była nadal bardzo niedoskonała.

W 1862 roku francuski wynalazca Beau de Rocha zaproponował zastosowanie czterosuwowego cyklu w silniku spalinowym:

ssanie;
kompresja;
spalanie i ekspansja;
wydechowy.

Pomysł ten wykorzystał niemiecki wynalazca N. Otto, który w 1878 roku zbudował pierwszy czterosuwowy silnik spalinowy. Sprawność takiego silnika osiągnęła 22%, co przekroczyło wartości uzyskiwane przy użyciu silników wszystkich poprzednich typów.

Szybki rozwój silników spalinowych w przemyśle, transporcie, rolnictwie i energetyce stacjonarnej wynikał z szeregu ich pozytywnych cech.

Realizacja cyklu pracy silnika spalinowego w jednym cylindrze przy niskich stratach i znacznej różnicy temperatur pomiędzy źródłem ciepła a lodówką zapewnia wysoką sprawność tych silników. Wysoka sprawność to jedna z pozytywnych cech silnika spalinowego.

Wśród silników spalinowych olej napędowy jest obecnie silnikiem, który z najwyższą wydajnością w szerokim zakresie zmian mocy zamienia energię chemiczną paliwa na pracę mechaniczną. Ta jakość diesli jest szczególnie ważna, gdy weźmie się pod uwagę ograniczone zapasy paliw ropopochodnych.

Do pozytywnych cech ICE można zaliczyć fakt, że można je podłączyć do niemal każdego odbiorcy energii. Wynika to z szerokich możliwości uzyskania odpowiednich charakterystyk zmiany mocy i momentu obrotowego tych silników. Rozpatrywane silniki są z powodzeniem stosowane w samochodach, ciągnikach, maszynach rolniczych, lokomotywach spalinowych, statkach, elektrowniach itp. ICE wyróżniają się dobrą adaptacją do konsumenta.

Stosunkowo niski koszt początkowy, kompaktowość i niewielka waga silników spalinowych umożliwiły ich szerokie zastosowanie w elektrowniach, które są szeroko stosowane i mają małą komorę silnika.

Instalacje z silnikami spalinowymi charakteryzują się dużą autonomią. Nawet samoloty z napędem ICE mogą latać przez dziesiątki godzin bez tankowania.

Ważną pozytywną cechą silników spalinowych jest możliwość ich szybkiego uruchamiania w normalnych warunkach. Silniki pracujące w niskich temperaturach wyposażone są w specjalne urządzenia ułatwiające i przyspieszające rozruch. Po uruchomieniu silniki mogą stosunkowo szybko przejąć pełne obciążenie. ICE posiadają znaczny moment hamowania, co jest bardzo ważne w przypadku stosowania w instalacjach transportowych.

Pozytywną cechą silników wysokoprężnych jest możliwość pracy jednego silnika na wielu paliwach. Znane są konstrukcje wielopaliwowych silników samochodowych, a także silników okrętowych dużej mocy, które pracują na różnych paliwach – od oleju napędowego po olej opałowy kotłowy.

Ale wraz z pozytywnymi właściwościami silników spalinowych mają one szereg wad. Wśród nich moc agregatu jest ograniczona w porównaniu np. z turbinami parowymi i gazowymi, wysokim poziomem hałasu, stosunkowo dużą prędkością obrotową wału korbowego przy rozruchu oraz niemożliwością bezpośredniego połączenia z kołami napędowymi konsumenta, toksyczność spalin , posuwisto-zwrotny ruch tłoka, ograniczający prędkość i powodujący pojawienie się od nich niezrównoważonych sił bezwładności i momentów.

Ale niemożliwe byłoby stworzenie silników spalinowych, ich rozwój i zastosowanie, gdyby nie efekt rozszerzalności cieplnej. Rzeczywiście, w procesie rozszerzalności cieplnej gazy podgrzane do wysokiej temperatury wykonują użyteczną pracę. Ze względu na szybkie spalanie mieszanki w cylindrze silnika spalinowego, ciśnienie gwałtownie wzrasta, pod wpływem którego tłok porusza się w cylindrze. I to jest bardzo niezbędna funkcja technologiczna, czyli działanie siłowe, tworzenie wysokich ciśnień, które odbywa się poprzez rozszerzalność cieplną i dla których zjawisko to jest wykorzystywane w różnych technologiach, a w szczególności w silnikach spalinowych.

Rozszerzalność termiczna

Rozszerzalność cieplna to zmiana wielkości ciała podczas jego izobarycznego ogrzewania (przy stałym ciśnieniu). Ilościowo rozszerzalność cieplna charakteryzuje się współczynnikiem temperaturowym rozszerzalności objętościowej B = (1 / V) * (dV / dT) p, gdzie V to objętość, T to temperatura, p to ciśnienie. Dla większości ciał B>0 (wyjątkiem jest np. woda, która w zakresie temperatur od 0 C do 4 C B

Aplikacje rozszerzalności cieplnej.

Rozszerzalność termiczna znalazła zastosowanie w różnych nowoczesnych

technologie.

W szczególności możemy powiedzieć o wykorzystaniu rozszerzalności cieplnej gazu w technice grzewczej. Na przykład zjawisko to jest wykorzystywane w różnych silnikach cieplnych, tj. w silnikach spalinowych wewnętrznego i zewnętrznego spalania: w silnikach obrotowych, w silnikach odrzutowych, w silnikach turboodrzutowych, w instalacjach turbin gazowych, w silnikach Wankla i Stirlinga, w elektrowniach jądrowych. Rozszerzalność cieplna wody stosowana jest w turbinach parowych itp. Wszystko to z kolei znalazło szerokie rozpowszechnienie w różnych sektorach gospodarki narodowej.

Na przykład silniki spalinowe są najczęściej stosowane w maszynach transportowych i rolniczych. W stacjonarnej energetyce silniki spalinowe znajdują szerokie zastosowanie w małych elektrowniach, układach napędowych i elektrowniach awaryjnych. ICE są również szeroko stosowane jako napęd do sprężarek i pomp do zasilania gazem, olejem, paliwem płynnym itp. rurociągami, podczas prac poszukiwawczych, do napędzania platform wiertniczych podczas wiercenia otworów na polach gazowych i naftowych. Silniki turboodrzutowe są szeroko stosowane w lotnictwie. Turbiny parowe są głównym silnikiem napędzającym generatory elektryczne w elektrowniach cieplnych. Turbiny parowe są również wykorzystywane do napędzania dmuchaw odśrodkowych, sprężarek i pomp. Istnieją nawet samochody parowe, ale nie stały się one powszechne ze względu na swoją złożoność konstrukcyjną.

Rozszerzalność termiczna jest również stosowana w różnych przekaźnikach termicznych,

zasada działania opiera się na liniowej rozszerzalności rury i

pręt wykonany z materiałów o różnej temperaturze

współczynnik rozszerzalności liniowej.

Tłokowe silniki spalinowe

Jak wspomniano powyżej, w silniku spalinowym stosuje się rozszerzalność cieplną. Ale

w jaki sposób jest stosowany i jaką pełni funkcję rozważymy

na przykładzie pracy tłokowego silnika spalinowego.

Silnik to maszyna energetyczno-energetyczna, która zamienia każdą energię na pracę mechaniczną. Silniki, w których w wyniku konwersji energii cieplnej powstaje praca mechaniczna, nazywane są silnikami cieplnymi. Energię cieplną uzyskuje się poprzez spalanie dowolnego rodzaju paliwa. Silnik cieplny, w którym część energii chemicznej paliwa spalanego w komorze roboczej jest zamieniana na energię mechaniczną, nazywany jest tłokowym silnikiem spalinowym. (sowiecki słownik encyklopedyczny)

Klasyfikacja ICE

Jak wspomniano powyżej, jako elektrownie samochodowe najbardziej rozpowszechnione są ICE, w których proces spalania paliwa z wydzieleniem ciepła i jego przekształceniem w pracę mechaniczną odbywa się bezpośrednio w cylindrach. Ale większość nowoczesnych samochodów ma silniki spalinowe, które są klasyfikowane według różnych kryteriów:

Metodą tworzenia mieszanki - silniki z tworzeniem mieszanki zewnętrznej, w której mieszanka palna jest przygotowywana na zewnątrz cylindrów (gaźnik i gaz) oraz silniki z tworzeniem mieszanki wewnętrznej (mieszanka robocza powstaje wewnątrz cylindrów) - silniki wysokoprężne;

Przy okazji realizacji cyklu pracy - czterotaktowy i dwusuwowy;

Według liczby cylindrów - jednocylindrowy, dwucylindrowy i wielocylindrowy;

Według rozmieszczenia cylindrów - silniki o pionie lub pochyleniu

układ cylindrów w jednym rzędzie, w kształcie litery V z układem cylindrów pod kątem (gdy układ cylindrów jest pod kątem 180, silnik nazywa się silnikiem z przeciwległymi cylindrami lub przeciwstawnymi);

metodą chłodzenia - dla silników z cieczą lub powietrzem

chłodzenie;

Według rodzaju używanego paliwa - benzyna, olej napędowy, gaz i

wielopaliwowe;

Według stopnia kompresji. W zależności od stopnia kompresji rozróżnia się silniki o wysokim (E = 12 ... 18) i niskim (E = 4 ... 9) kompresji;

Metodą napełniania butli świeżym wsadem:

a) silniki wolnossące z wlotem powietrza lub mieszanki palnej

realizowane przez podciśnienie w cylindrze podczas suwu ssania

b) silniki doładowane, w których wlot powietrza lub mieszanki palnej jest

cylinder roboczy pracuje pod ciśnieniem wytwarzanym przez sprężarkę, przy czym

cel zwiększenia ładunku i uzyskania zwiększonej mocy silnika;

Według częstotliwości obrotu: niska prędkość, zwiększona częstotliwość obrotu,

wysoka prędkość;

Celowo istnieją silniki stacjonarne, silniki samochodowe,

statek, olej napędowy, lotnictwo itp.

Podstawy urządzenia tłokowych silników spalinowych

Silniki spalinowe tłokowe składają się z mechanizmów i układów, które wykonują określone

ich funkcje i interakcje ze sobą. Główne części takich

silnika to mechanizm korbowy i mechanizm dystrybucji gazu, a także układ zasilania, chłodzenia, zapłonu i smarowania.

Mechanizm korbowy przekształca liniowy ruch posuwisto-zwrotny tłoka w ruch obrotowy wału korbowego.

Mechanizm dystrybucji gazu zapewnia terminowe przyjmowanie paliwa

mieszankę do cylindra i usuwanie z niej produktów spalania.

System zasilania jest przeznaczony do przygotowania i dostarczania materiałów palnych

mieszanki do cylindra, a także do usuwania produktów spalania.

Układ smarowania służy do dostarczania oleju do oddziałującego

części w celu zmniejszenia siły tarcia i częściowego ich schłodzenia,

wraz z tym cyrkulacja oleju prowadzi do wypłukiwania nagaru i usuwania

nosić produkty.

Układ chłodzenia utrzymuje normalne warunki temperaturowe

praca silnika, zapewniająca odprowadzanie ciepła z bardzo gorących

podczas spalania mieszaniny roboczej części cylindrowych grupy tłoków i

mechanizm zaworowy.

Układ zapłonowy jest przeznaczony do zapłonu mieszaniny roboczej w

cylinder silnika.

Tak więc czterosuwowy silnik tłokowy składa się z cylindra i

skrzynia korbowa, która jest zamknięta od dołu paletą. Wewnątrz cylindra porusza się tłok z pierścieniami dociskowymi (uszczelniającymi), w postaci szkła z dnem w górnej części. Tłok połączony jest za pomocą sworznia tłokowego i korbowodu z wałem korbowym, który obraca się w łożyskach głównych znajdujących się w skrzyni korbowej. Wał korbowy składa się z czopów głównych, policzków i czopów korbowodów. Cylinder, tłok, korbowód i wał korbowy tworzą tzw. mechanizm korbowy. Górna część cylindra jest zakryta

głowica z zaworami, której otwieranie i zamykanie jest ściśle skoordynowane z obrotem wału korbowego, a w konsekwencji z ruchem tłoka.

Ruch tłoka jest ograniczony do dwóch skrajnych pozycji, gdy

którego prędkość wynosi zero. Najwyższe położenie tłoka

zwany górnym martwym punktem (TDC), jego najniższa pozycja

Dolny martwy punkt (BDC).

Zapewniony jest nieprzerwany ruch tłoka przez martwy punkt

koło zamachowe w postaci dysku z masywną obręczą.

Odległość przebyta przez tłok od GMP do BDC nazywa się skokiem

tłok S, który jest równy dwukrotnemu promieniowi R korby: S = 2R.

Nazywa się przestrzeń nad denkiem tłoka, gdy jest on w GMP

Komora spalania; jego objętość jest oznaczona przez Vc; przestrzeń cylindra między dwoma martwymi punktami (BDC i TDC) nazywana jest jego objętością roboczą i jest oznaczona przez Vh. Suma objętości komory spalania Vc i objętości roboczej Vh to całkowita objętość cylindra Va: Va = Vc + Vh. Objętość robocza cylindra (mierzona w centymetrach sześciennych lub metrach): Vh = pD^3*S/4, gdzie D jest średnicą cylindra. Suma wszystkich objętości roboczych cylindrów silnika wielocylindrowego nazywana jest objętością roboczą silnika, jest określona wzorem: Vp = (pD ^ 2 * S) / 4 * i, gdzie i jest Liczba cylindrów. Stosunek całkowitej objętości cylindra Va do objętości komory spalania Vc nazywamy stopniem sprężania: E = (Vc + Vh) Vc = Va / Vc = Vh / Vc + 1. Stopień sprężania jest ważnym parametrem dla silników spalinowych, ponieważ znacznie wpływa na jego wydajność i moc.

Zasada działania

Działanie tłokowego silnika spalinowego opiera się na wykorzystaniu pracy rozszerzalności cieplnej ogrzanych gazów podczas ruchu tłoka z GMP do BDC. Ogrzewanie gazów w pozycji GMP uzyskuje się w wyniku spalania w cylindrze paliwa zmieszanego z powietrzem. Zwiększa to temperaturę gazów i ciśnienie. Bo ciśnienie pod tłokiem jest równe atmosferycznemu, a w cylindrze jest znacznie wyższe, wtedy pod wpływem różnicy ciśnień tłok przesunie się w dół, podczas gdy gazy rozprężą się, wykonując użyteczną pracę. Tu daje się odczuć rozszerzalność cieplna gazów i na tym polega jego funkcja technologiczna: nacisk na tłok. Aby silnik stale generował energię mechaniczną, cylinder musi być okresowo napełniany nowymi porcjami powietrza przez zawór wlotowy i paliwem przez dyszę lub mieszanina powietrza i paliwa musi być dostarczana przez zawór wlotowy. Produkty spalania po ich rozprężeniu są usuwane z cylindra przez zawór wlotowy. Zadania te realizuje mechanizm dystrybucji gazu, który steruje otwieraniem i zamykaniem zaworów oraz układ zasilania paliwem.

Zasada działania czterosuwowego silnika gaźnikowego

Cykl pracy silnika to cyklicznie powtarzająca się seria

sekwencyjne procesy zachodzące w każdym cylindrze silnika i

powodując przekształcenie energii cieplnej w pracę mechaniczną.

Jeżeli cykl roboczy zostanie zakończony w dwóch skokach tłoka, tj. na jeden obrót wału korbowego taki silnik nazywa się silnikiem dwusuwowym.

Silniki samochodowe pracują z reguły na czterosuwowe

cykl, który trwa dwa lub cztery obroty wału korbowego

skok tłoka i składa się z wlotu, kompresji, rozprężania (praca

skok) i zwolnij.

W czterosuwowym jednocylindrowym silniku gaźnikowym cykl pracy jest następujący:

1. Skok dolotowy. Gdy wał korbowy silnika wykonuje pierwsze pół obrotu, tłok przesuwa się z GMP do BDC, zawór wlotowy jest otwarty, zawór wydechowy jest zamknięty. W cylindrze powstaje podciśnienie 0,07 - 0,095 MPa, w wyniku czego świeży ładunek palnej mieszanki, składającej się z oparów benzyny i powietrza, jest zasysany przez przewód gazu dolotowego do cylindra i mieszając się z resztkowymi spalinami gazy, tworzy mieszaninę roboczą.

2. Cykl kompresji. Po napełnieniu cylindra mieszanką palną, przy dalszym obrocie wału korbowego (drugie pół obrotu), tłok przemieszcza się z BDC do GMP przy zamkniętych zaworach. Wraz ze spadkiem objętości wzrasta temperatura i ciśnienie mieszaniny roboczej.

3. Skok rozprężania lub skok roboczy. Pod koniec suwu sprężania mieszanina robocza zapala się od iskry elektrycznej i szybko się wypala, w wyniku czego temperatura i ciśnienie utworzonych gazów gwałtownie wzrasta, podczas gdy tłok przesuwa się z GMP do BDC.

Podczas suwu rozprężania korbowód jest obrotowo połączony z tłokiem

wykonuje złożony ruch i poprzez korbę prowadzi do obrotu

wał korbowy. W związku z tym podczas rozszerzania gazy wykonują pożyteczną pracę

skok tłoka przy trzecim półobrocie wału korbowego nazywa się roboczym

Pod koniec suwu roboczego tłoka, gdy jest blisko BDC

otwiera się zawór wydechowy, ciśnienie w cylindrze spada do 0,3 -

0,75 MPa i temperaturach do 950 - 1200 C.

4. Cykl wydania. Przy czwartym półobrocie wału korbowego tłok przesuwa się z BDC do TDC. W takim przypadku zawór wydechowy jest otwarty, a produkty spalania są wypychane z cylindra do atmosfery przez przewód spalin.

Zasada działania czterosuwowego silnika wysokoprężnego

W silniku czterosuwowym procesy robocze są następujące:

1. Skok dolotowy. Kiedy tłok przesuwa się z GMP do BDC z powodu powstałego podciśnienia z filtra powietrza, powietrze atmosferyczne dostaje się do wnęki cylindra przez otwarty zawór wlotowy. Ciśnienie powietrza w cylindrze wynosi 0,08 - 0,095 MPa, a temperatura 40 - 60 C.

2. Cykl kompresji. Tłok przesuwa się z BDC do TDC; zawory wlotowy i wylotowy są zamknięte, w wyniku czego poruszający się w górę tłok ściska napływające powietrze. Aby zapalić paliwo, temperatura sprężonego powietrza musi być wyższa niż temperatura samozapłonu paliwa. Podczas suwu tłoka do GMP olej napędowy dostarczany przez pompę paliwową jest wtryskiwany przez wtryskiwacz.

3. Skok rozprężania lub skok roboczy. Paliwo wtryskiwane pod koniec suwu sprężania, mieszając się z ogrzanym powietrzem, zapala się i rozpoczyna się proces spalania, charakteryzujący się szybkim wzrostem temperatury i ciśnienia. W tym przypadku maksymalne ciśnienie gazu osiąga 6 - 9 MPa, a temperatura wynosi 1800 - 2000 C. Pod działaniem ciśnienia gazu tłok 2 przesuwa się z GMP do BDC - następuje skok roboczy. W okolicach BDC ciśnienie spada do 0,3 - 0,5 MPa, a temperatura spada do 700 - 900 C.

4. Cykl wydania. Tłok przesuwa się z BDC do GMP i przez otwarty zawór wydechowy 6 spaliny są wypychane z cylindra. Ciśnienie gazu spada do 0,11 - 0,12 MPa, a temperatura do 500-700 C. Po zakończeniu suwu wydechu, przy dalszym obrocie wału korbowego, cykl pracy powtarza się w tej samej kolejności.

Zasada działania silnika dwusuwowego

Silniki dwusuwowe różnią się od silników czterosuwowych tym, że ich cylindry na początku suwu sprężania są napełnione palną mieszanką lub powietrzem, a pod koniec suwu rozprężania cylindry są oczyszczane ze spalin, tj. procesy wydechu i wlotu przebiegają bez niezależnych uderzeń tłoka. Wspólnym procesem dla wszystkich typów silników dwusuwowych jest oczyszczanie, tj. proces usuwania spalin z cylindra za pomocą przepływu mieszanki palnej lub powietrza. Dlatego ten typ silnika ma sprężarkę (pompę przedmuchu). Rozważ działanie dwusuwowego silnika gaźnika z czyszczeniem komory korbowej. Ten typ silnika nie posiada zaworów, ich rolę pełni tłok, który podczas swojego ruchu zamyka wlot, wylot i przedmuch. Przez te okna cylinder komunikuje się w określonych punktach z rurociągami dolotowymi i wydechowymi oraz skrzynią korbową (skrzynią korbową), która nie ma bezpośredniej komunikacji z atmosferą. Cylinder w środkowej części posiada trzy porty: wlotowy, wylotowy i przedmuchowy, który jest połączony zaworem z komorą korbową silnika. Cykl pracy w silniku realizowany jest w dwóch suwach:

1. Cykl kompresji. Tłok przesuwa się z BDC do TDC, najpierw blokując opróżnianie, a następnie port wylotowy. Po zamknięciu przez tłok króćca wylotowego w cylindrze rozpoczyna się sprężanie wcześniej dostarczonej mieszanki palnej. Jednocześnie, ze względu na jej szczelność, w komorze korbowej powstaje podciśnienie, pod działaniem którego palna mieszanina wchodzi do komory korbowej z gaźnika przez otwarte okno wlotowe.

2. Skok skoku roboczego. Gdy tłok znajduje się w pobliżu GMP, sprężone

mieszanina robocza jest zapalana przez iskrę elektryczną ze świecy, w wyniku czego gwałtownie wzrasta temperatura i ciśnienie gazów. Pod wpływem rozszerzalności cieplnej gazów tłok przesuwa się do BDC, podczas gdy rozszerzające się gazy wykonują pożyteczną pracę. Jednocześnie opadający tłok zamyka otwór wlotowy i kompresuje mieszankę paliwową w skrzyni korbowej.

Gdy tłok dotrze do otworu wydechowego, otwiera się i spaliny są uwalniane do atmosfery, ciśnienie w cylindrze spada. Przy dalszym ruchu tłok otwiera okno czyszczące i sprężona w komorze korbowej mieszanina palna przepływa przez kanał, napełniając cylinder i oczyszczając go z pozostałych spalin.

Cykl pracy dwusuwowego silnika wysokoprężnego różni się od cyklu pracy dwusuwowego silnika gaźnikowego tym, że silnik wysokoprężny wchodzi do cylindra z powietrzem, a nie mieszanką palną, a pod koniec procesu sprężania drobno rozpylonym paliwem jest wstrzykiwany.

Moc silnika dwusuwowego o tych samych rozmiarach cylindrów i

prędkość wału jest teoretycznie dwa razy większa niż w przypadku czterosuwu

ze względu na większą liczbę cykli roboczych. Jednak niepełne użycie

skok tłoka do rozprężania, gorsze uwalnianie cylindra z pozostałości

gazy i koszt części wytworzonej mocy do napędu dmuchawy

kompresory prowadzą tylko do prawie wzrostu mocy

Cykl pracy gaźnika czterosuwowego

i silniki diesla

Cykl pracy silnika czterosuwowego składa się z pięciu procesów:

wlot, sprężanie, spalanie, rozprężanie i wydech, które są wykonywane podczas

cztery skoki lub dwa obroty wału korbowego.

Graficzne przedstawienie ciśnienia gazów ze zmianą objętości w

cylinder silnika podczas każdego z czterech cykli

daje wykres wskaźników. Można go zbudować z danych

obliczenia termiczne lub usunięte, gdy silnik pracuje, używając

specjalne urządzenie - wskaźnik.

Proces przyjmowania. Wlot mieszanki palnej odbywa się po wydechu z

cylindry wydechowe z poprzedniego cyklu. Zawór wlotowy

otwiera się z pewnym wyprzedzeniem przed GMP w celu uzyskania większego obszaru przepływu na zaworze, zanim tłok dotrze do GMP. Dopuszczenie mieszanki palnej odbywa się w dwóch okresach. W pierwszym okresie mieszanina przepływa, gdy tłok przemieszcza się z GMP do BDC z powodu podciśnienia wytworzonego w cylindrze. W drugim okresie zasysanie mieszanki następuje, gdy tłok przesuwa się z BDC do GMP przez pewien czas, co odpowiada 40 - 70 obrotom wału korbowego ze względu na różnicę ciśnień (wirnik) i głowicę prędkości mieszanki. Wlot mieszanki palnej kończy się zamknięciem zaworu wlotowego. Mieszanka palna wchodząca do butli miesza się z gazami resztkowymi z poprzedniego cyklu i tworzy mieszankę palną. Ciśnienie mieszanki w cylindrze podczas procesu dolotowego wynosi 70 - 90 kPa i zależy od strat hydraulicznych w układzie dolotowym silnika. Temperatura mieszanki na końcu procesu ssania wzrasta do 340 - 350 K na skutek jej kontaktu z rozgrzanymi częściami silnika i mieszania się z gazami resztkowymi o temperaturze 900 - 1000 K.

Proces kompresji. Sprężanie mieszaniny roboczej w cylindrze

silnika, występuje, gdy zawory są zamknięte, a tłok porusza się do środka

TDC. Proces sprężania odbywa się w obecności wymiany ciepła między wyrobami

mieszanka i ścianki (cylinder, głowica tłoka i korona). Na początku sprężania temperatura mieszaniny roboczej jest niższa niż temperatura ścianek, więc ciepło jest przekazywane do mieszanki ze ścian. Przy dalszym ściskaniu temperatura mieszaniny wzrasta i staje się wyższa niż temperatura ścian, więc ciepło z mieszaniny jest przekazywane do ścian. Tak więc proces kompresji odbywa się zgodnie z paletą, której średnia wartość wynosi n = 1,33 ... 1,38. Proces sprężania kończy się w momencie zapłonu mieszaniny roboczej. Ciśnienie mieszaniny roboczej w cylindrze na końcu sprężania wynosi 0,8 - 1,5 MPa, a temperatura 600 - 750 K.

Proces spalania. Spalanie mieszaniny roboczej rozpoczyna się przed przybyciem

tłok do GMP, czyli gdy sprężona mieszanka jest zapalana przez iskrę elektryczną. Po zapaleniu czoło płomienia płonącej świecy ze świecy rozchodzi się po całej objętości komory spalania z prędkością 40-50 m/s. Pomimo tak wysokiego tempa spalania mieszanina ma czas na spalenie w czasie, aż wał korbowy obróci się o 30 - 35. Podczas spalania mieszanki roboczej uwalniana jest duża ilość ciepła na odcinku odpowiadającym 10-15 przed GMP i 15-20 za BDC, w wyniku czego ciśnienie i temperatura gazów powstających w cylindrze gwałtownie wzrasta .

Pod koniec spalania ciśnienie gazu osiąga 3 - 5 MPa, a temperatura sięga 2500 - 2800 K.

Proces ekspansji. Rozszerzalność cieplna gazów w cylindrze silnika następuje po zakończeniu procesu spalania, gdy tłok przesuwa się do BDC. Gazy, rozszerzając się, wykonują pożyteczną pracę. Proces rozszerzalności cieplnej zachodzi przy intensywnej wymianie ciepła pomiędzy gazami a ściankami (cylinder, głowica tłoka i denka). Na początku ekspansji mieszanina robocza wypala się, w wyniku czego powstałe gazy otrzymują ciepło. Podczas całego procesu rozszerzalności cieplnej gazy oddają ciepło ścianom. Temperatura gazów w procesie rozprężania spada, dlatego zmienia się różnica temperatur między gazami a ścianami. Proces rozszerzalności cieplnej zachodzi według palety, której średnia wartość wynosi n2 = 1,23...1,31. Ciśnienie gazu w butli na końcu rozprężania wynosi 0,35 - 0,5 MPa, a temperatura 1200 - 1500 K.

Proces wydania. Odprowadzanie spalin rozpoczyna się w momencie otwarcia zaworu wydechowego, tj. 40 - 60, zanim tłok dotrze do BDC. Uwalnianie gazów z butli odbywa się w dwóch okresach. W pierwszym okresie wydzielanie gazów następuje podczas ruchu tłoka ze względu na to, że ciśnienie gazów w cylindrze jest znacznie wyższe niż atmosferyczne.W tym okresie około 60% spalin jest usuwane z cylindra przy prędkość 500 - 600 m / s. W drugim okresie uwalnianie gazów następuje, gdy tłok porusza się (zamyka zawór wydechowy) w wyniku pchania tłoka i bezwładności poruszających się gazów. Uwalnianie spalin kończy się w momencie zamknięcia zaworu wydechowego, czyli 10 - 20 po dotarciu tłoka do GMP. Ciśnienie gazu w butli podczas procesu wydechu wynosi 0,11 – 0,12 MPa, temperatura gazu na końcu procesu wydechu wynosi 90 – 1100 K.

Cykl pracy silnika czterosuwowego

Cykl pracy oleju napędowego znacznie różni się od cyklu pracy

silnik gaźnika przez tworzenie i zapłon pracy

Proces przyjmowania. Wlot powietrza rozpoczyna się, gdy zawór wlotowy jest otwarty i kończy się, gdy się zamyka. Otwiera się zawór wlotowy. Proces wlotu powietrza jest taki sam jak wlot mieszanki palnej w silniku gaźnika. Ciśnienie powietrza w cylindrze podczas procesu dolotowego wynosi 80 - 95 kPa i zależy od strat hydraulicznych w układzie dolotowym silnika. Temperatura powietrza pod koniec procesu wydechowego wzrasta do 320 - 350 K w wyniku kontaktu z rozgrzanymi częściami silnika i mieszania się z gazami resztkowymi.

Proces kompresji. Sprężanie powietrza w cylindrze rozpoczyna się po zamknięciu zaworu wlotowego i kończy się, gdy paliwo jest wtryskiwane do komory spalania. Proces sprężania jest podobny do sprężania mieszaniny roboczej w silniku gaźnikowym. Ciśnienie powietrza w cylindrze na końcu sprężania wynosi 3,5 - 6 MPa, a temperatura 820 - 980 K.

Proces spalania. Spalanie paliwa rozpoczyna się od momentu podania paliwa do cylindra, tj. 15 - 30, zanim tłok dotrze do GMP. W tym momencie temperatura sprężonego powietrza jest o 150-200 C wyższa od temperatury samozapłonu. Paliwo dostarczane do cylindra w stanie drobno rozpylonym zapala się nie natychmiast, ale z opóźnieniem przez pewien czas (0,001 - 0,003 s), zwany okresem opóźnienia zapłonu. W tym okresie paliwo nagrzewa się, miesza z powietrzem i odparowuje tj. powstaje mieszanina robocza.

Przygotowane paliwo zapala się i pali. Pod koniec spalania ciśnienie gazu osiąga 5,5 - 11 MPa, a temperatura 1800 - 2400 K.

Proces ekspansji. Rozszerzalność cieplna gazów w cylindrze rozpoczyna się po zakończeniu procesu spalania i kończy się wraz z zamknięciem zaworu wydechowego. Na początku ekspansji wypala się paliwo. Proces rozszerzalności cieplnej jest podobny do rozszerzalności cieplnej gazów w silniku gaźnika. Ciśnienie gazu w butli na końcu rozprężania wynosi 0,3 - 0,5 MPa, a temperatura 1000 - 1300 K.

Proces wydania. Uwalnianie spalin rozpoczyna się, gdy

zawór wylotowy i kończy się, gdy zawór wylotowy się zamyka. Proces odsysania spalin przebiega w taki sam sposób jak proces odsysania spalin w silniku gaźnikowym. Ciśnienie gazu w butli podczas procesu wydechu wynosi 0,11 - 0,12 MPa, temperatura gazu na końcu procesu wydechu wynosi 700 - 900 K.

Cykle pracy silników dwusuwowych

Cykl pracy silnika dwusuwowego trwa dwa skoki lub jeden obrót wału korbowego.

Rozważ cykl operacyjny dwusuwowego silnika gaźnikowego z

dmuchanie komory korbowej.

Proces sprężania mieszanki palnej w cylindrze rozpoczyna się od

moment, w którym tłok zamyka okna cylindra, gdy tłok przesuwa się z BDC do GMP. Proces sprężania przebiega w taki sam sposób, jak w czterosuwowym silniku gaźnikowym.

Proces spalania jest podobny do procesu spalania w czterosuwowym silniku gaźnikowym.

Proces rozszerzalności cieplnej gazów w cylindrze rozpoczyna się po zakończeniu procesu spalania i kończy się w momencie otwarcia otworów wydechowych. Proces rozszerzalności cieplnej jest podobny do rozszerzania się gazów w czterosuwowym silniku gaźnikowym.

Proces wydechu rozpoczyna się, gdy

okna wylotowe, tj. 60–65, zanim tłok dotrze do BDC, a kończy się 60–65 po przejściu tłoka przez BDC. Gdy port wydechowy jest otwarty, ciśnienie w cylindrze gwałtownie spada, a 50 - 55, zanim tłok dotrze do BDC, porty przedmuchowe otwierają się, a palna mieszanina, która wcześniej weszła do komory korbowej i została sprężona przez opadający tłok, zaczyna się przepływ do cylindra. Okres, w którym dwa procesy zachodzą jednocześnie - wlot mieszanki palnej i uwalnianie spalin - nazywa się przeczyszczaniem. Podczas przedmuchiwania mieszanina palna wypiera spaliny i jest z nimi częściowo odprowadzana.

Przy dalszym ruchu do GMP tłok najpierw zachodzi na siebie

oczyszczanie okien, zatrzymywanie dopływu palnej mieszanki do cylindra z komory korbowej, a następnie w cylindrze rozpoczyna się króciec wydechowy i proces sprężania.

WSKAŹNIKI CHARAKTERYZUJĄCE OSIĄGI SILNIKA

Średnie wskazywane ciśnienie i wskazywana moc

Jako taki warunek należy rozumieć średnie ciśnienie wskaźnika Pi

stałe ciśnienie działające na tłok przez jeden

skok roboczy, wykonuje pracę równą pracy wskaźnika gazów w

cylinder na cykl roboczy.

Z definicji średnie ciśnienie wskaźnikowe to stosunek

wskaźnik pracy gazów na cykl Li na jednostkę objętości roboczej

cylinder Vh, czyli Pi = Li / Vh.

Jeżeli istnieje wykres indykatorowy pobrany z silnika, średnie indykowane ciśnienie można określić poprzez wysokość prostokąta zbudowanego na podstawie Vh, którego powierzchnia jest równa powierzchni użytkowej wykresu indykatorowego, co jest, w pewnej skali, wskaźnikiem pracy Li.

Wyznacz planimetrem użyteczny obszar F wskaźnika

wykres (m ^ 2) i długość l wykresu wskaźnikowego (m), odpowiadające

objętość robocza cylindra, znajdź wartość średniego wskaźnika

ciśnienie Pi = F * m / l, gdzie m jest skalą ciśnienia wykresu indykatorowego,

Średnie ciśnienia wskaźnikowe przy obciążeniu znamionowym dla czterosuwowych silników gaźnikowych wynoszą 0,8 - 1,2 MPa, dla czterosuwowych silników wysokoprężnych 0,7 - 1,1 MPa, dla dwusuwowych silników wysokoprężnych 0,6 - 0,9 MPa.

Moc indykowana Ni nazywana jest pracą wykonaną przez gazy w cylindrach silnika w jednostce czasu.

Praca wskaźnika (J) wykonywana przez gazy w jednym cylindrze podczas jednego cyklu roboczego, Li = Pi * Vh.

Ponieważ liczba cykli pracy wykonywanych przez silnik na sekundę jest równa 2n/T, indykowana moc (kW) jednego cylindra to Ni = (2/T)*Pi*Vh*n*10^-3, gdzie n to prędkość obrotowa wału korbowego , 1 / s, T - skok silnika - liczba cykli na cykl (T = 4 - dla silników czterosuwowych i T = 2 - dla dwusuwowych).

Wskaźnik mocy silnika wielocylindrowego w liczbie

cylindry i Ni = (2 / T) * Pi * Vh * n * i * 10 ^ -3.

Moc efektywna i średnie ciśnienia efektywne

Moc efektywna Ne to moc pobierana z wału korbowego

wał silnika, aby uzyskać użyteczną pracę.

Moc efektywna jest mniejsza niż wskaźnik Ni według wartości mocy

straty mechaniczne Nm, tj. Ne = Ni-Nm.

Moc strat mechanicznych jest przeznaczana na tarcie i redukcję w

działanie mechanizmu korbowego i mechanizmu dystrybucji gazu,

wentylator, pompy cieczy, oleju i paliwa, generator

obecne i inne mechanizmy i urządzenia pomocnicze.

Straty mechaniczne w silniku szacowane są przez sprawność mechaniczną nm,

czyli stosunek mocy efektywnej do mocy wskaźnika, tj. Nm = Ne / Ni = (Ni-Nm) / Ni = 1-Nm / Ni.

W przypadku nowoczesnych silników sprawność mechaniczna wynosi 0,72 - 0,9.

Znając wartość sprawności mechanicznej można określić moc efektywną

Podobnie jak moc wskaźnika, moc mechaniczna

straty Nm = 2 / T * Pm * Vh * ni * 10 ^ -3, gdzie Pm to średnie ciśnienie mechaniczne

straty, tj. część średniego ciśnienia wskaźnika, które

wydane na pokonanie tarcia i na napęd pomocniczy

mechanizmy i urządzenia.

Według danych eksperymentalnych dla silników wysokoprężnych Pm = 1,13 + 0,1 * st; dla

silniki gaźnikowe Pm = 0,35 + 0,12 * st; gdzie st jest średnią prędkością

tłok, m / s.

Różnica pomiędzy średnim ciśnieniem wskazywanym Pi a średnim ciśnieniem strat mechanicznych Pm nazywana jest średnim ciśnieniem efektywnym Pe, tj. Pe = Pi-Pm.

Moc efektywna silnika Ne = (2/T)*Pe*Vh*ni*10^-3, skąd średnie ciśnienie efektywne Pe = 10^3*Ne*T/(2Vh*ni).

Średnie ciśnienie efektywne pod normalnym obciążeniem dla czterosuwowych silników gaźnikowych wynosi 0,75 - 0,95 MPa, dla czterosuwowych silników wysokoprężnych 0,6 - 0,8 MPa, dla dwusuwowych 0,5 - 0,75 MPa.

Sprawność wskaźnika i określony wskaźnik zużycia paliwa

Ekonomia rzeczywistego cyklu pracy silnika jest określona przez

wskaźnik sprawności ni oraz wskaźnik jednostkowy zużycia paliwa gi.

Sprawność wskaźnika ocenia stopień wykorzystania ciepła w rzeczywistym cyklu, z uwzględnieniem wszystkich strat ciepła i jest stosunkiem ciepła Qi, równoważnym pracy wskaźnika użytecznego, do całego zużytego ciepła Q, tj. ni = Qi / Q (a).

Ciepło (kW), równoważne pracy wskaźnika przez 1 s, Qi = Ni. Ciepło (kW) zużyte na pracę silnika przez 1 s, Q = Gt * (Q ^ p) n, gdzie Gt to zużycie paliwa, kg / s; (Q ^ p) n - najniższe ciepło spalania paliwa, kJ / kg. Podstawiając wartość Qi i Q do równości (a), otrzymujemy ni = Ni / Gt * (Q ^ p) n (1).

Wskaźnik jednostkowy zużycia paliwa [kg/kW*h] wynosi

stosunek drugiego zużycia paliwa Gt do wskazanej mocy Ni,

tych. gi = (GT / Ni) * 3600, lub [g / (kW * h)] gi = (GT / Ni) * 3,6 * 10 ^ 6.

Efektywna wydajność i określone efektywne zużycie paliwa

Sprawność silnika jako całości jest określona przez sprawność efektywną

ni i jednostkowe efektywne zużycie paliwa ge. Efektywna wydajność

ocenia stopień wykorzystania ciepła paliwa, z uwzględnieniem wszystkich rodzajów strat, zarówno termicznych, jak i mechanicznych, i jest stosunkiem ciepła Qe, równoważnego do użytecznej pracy użytecznej, do całkowitego wydatku ciepła Gt*Q, tj. nm = Qe / (GT * (Q ^ p) n) = Ne / (GT * (Q ^ p) n) (2).

Ponieważ sprawność mechaniczna jest równa stosunkowi Ne do Ni, to zastępując in

równanie określające sprawność mechaniczną nm, wartości Ne i Ni z

równania (1) i (2) otrzymujemy nm = Ne / Ni = ne / ni, skąd ne = ni / nM, tj. sprawność efektywna silnika jest równa iloczynowi sprawności wskazanej przez sprawność mechaniczną.

Jednostkowe efektywne zużycie paliwa [kg/(kW*h)] to stosunek drugiego zużycia paliwa Gt do mocy efektywnej Ne, tj. ge = (GT / Ne) * 3600 lub [g / (kW * h)] ge = (GT / Ne) * 3,6 * 10 ^ 6.

Bilans cieplny silnika

Z analizy cyklu pracy silnika wynika, że tylko część ciepła wydzielanego podczas spalania paliwa jest wykorzystywana do pracy użytecznej, a reszta to straty ciepła. Rozkład ciepła uzyskanego podczas spalania paliwa wprowadzonego do cylindra nazywany jest bilansem cieplnym, który zwykle wyznacza się doświadczalnie. Równanie bilansu cieplnego ma postać Q = Qe + Qg + Qn.c + Qost, gdzie Q to ciepło paliwa wprowadzonego do silnika, Qe to ciepło przetworzone na pracę użyteczną; Qcool - ciepło tracone przez czynnik chłodzący (woda lub powietrze); Qg - ciepło tracone ze spalinami; Qн.с - ciepło tracone w wyniku niecałkowitego spalania paliwa, Qres - pozostały składnik bilansu, który jest równy sumie wszystkich nierozliczonych strat.

Ilość dostępnego (wprowadzonego) ciepła (kW) Q = Gт * (Q ^ p) n. Ciepło (kW) przeliczone na pracę użyteczną, Qe = Ne. Ciepło (kW) tracone z wodą chłodzącą, Qcool = Gw * sv * (t2-t1), gdzie Gw to ilość wody przepływającej przez system, kg / s; sv - pojemność cieplna wody, kJ / (kg * K) [sv = 4,19 kJ / (kg * K)]; t2 i t1 - temperatury wody na wejściu do systemu i na wyjściu z niego, C.

Ciepło (kW) tracone ze spalinami,

Qg = Gt * (Vp * crg * tg-Vw * cfw * tv), gdzie Gt to zużycie paliwa, kg / s; Vg i Vv - zużycie gazów i powietrza, m^ 3 / kg; srg i srv - średnie objętościowe pojemności cieplne gazów i powietrza przy stałym ciśnieniu, kJ/(m^3*K); tр i tв - temperatura spalin i powietrza, C.

Ciepło utracone w wyniku niecałkowitego spalania paliwa jest określane empirycznie.

Pozostały człon bilansu ciepła (kW) Qres = Q- (Qe + Qcool + Qg + Qn.s).

Bilans ciepła można sporządzić jako procent całkowitej ilości wprowadzonego ciepła, wówczas równanie bilansu przyjmie postać: 100% = qe + qcool + qg + qn.c + qres, gdzie qe = (Qe / Q * 100 %); qcool = (Qcool / Q) * 100%;

qg = (Qg / Q) * 100% itd.

Innowacje

Ostatnio silniki tłokowe z wymuszonym napełnieniem cylindra powietrzem o zwiększonej

ciśnienie, tj. silniki z doładowaniem. A perspektywy budowy silników wiążą się moim zdaniem z silnikami tego typu, ponieważ tu jest ogromny zapas niewykorzystanych możliwości konstrukcyjnych i jest nad czym myśleć, a po drugie myślę, że te silniki mają wielkie perspektywy na przyszłość. W końcu doładowanie pozwala zwiększyć ładunek cylindra powietrzem, a w konsekwencji ilość sprężonego paliwa, a tym samym zwiększyć moc silnika.

Do napędu doładowania w nowoczesnych silnikach zwykle używa się

energia spalin. W tym przypadku spaliny w cylindrze, które mają podwyższone ciśnienie w kolektorze wydechowym, kierowane są do turbiny gazowej, która wprawia sprężarkę w ruch obrotowy.

Zgodnie ze schematem doładowania turbiny gazowej silnika czterosuwowego, spaliny z cylindrów silnika trafiają do turbiny gazowej, po czym są odprowadzane do atmosfery. Sprężarka odśrodkowa obracana przez turbinę zasysa powietrze z atmosfery i pompuje je pod ciśnieniem 0,130...0,250 MPa do cylindrów. Oprócz wykorzystania energii spalin, zaletą takiego układu sprężania przed napędem sprężarki z wału korbowego jest samoregulacja, co oznacza, że wraz ze wzrostem mocy silnika ciśnienie i temperatura spalin, a co za tym idzie moc turbosprężarki, odpowiednio zwiększ. Jednocześnie wzrasta ciśnienie i ilość dostarczanego do nich powietrza.

W silnikach dwusuwowych turbosprężarka musi mieć większą moc niż w silnikach czterosuwowych, ponieważ podczas nadmuchu część powietrza wpływa do otworów wydechowych, powietrze przepływające nie jest wykorzystywane do ładowania cylindra i obniża temperaturę spalin. W rezultacie przy częściowych obciążeniach energia spalin jest niewystarczająca do napędu turbiny gazowej sprężarki. Ponadto przy doładowaniu turbiny gazowej niemożliwe jest uruchomienie silnika wysokoprężnego. W związku z tym w silnikach dwusuwowych zwykle stosuje się kombinowany układ doładowania z szeregową lub równoległą instalacją sprężarki turbiny gazowej i sprężarki napędzanej mechanicznie.

W najpopularniejszym schemacie sekwencyjnego ładowania kombinowanego sprężarka napędzana turbiną gazową tylko częściowo spręża powietrze, po czym spręża je sprężarka napędzana wałem silnika. Dzięki zastosowaniu doładowania możliwe jest zwiększenie mocy w stosunku do mocy silnika bez doładowania od 40% do 100% lub więcej.

Moim zdaniem główny kierunek rozwoju nowoczesnego tłoka

silniki z zapłonem samoczynnym będą miały znaczny wzrost mocy dzięki zastosowaniu wysokiego doładowania w połączeniu z chłodzeniem powietrzem za sprężarką.

W silnikach czterosuwowych w wyniku zastosowania ciśnienia doładowania do 3,1...3,2 MPa w połączeniu z chłodzeniem powietrzem za sprężarką uzyskuje się średnie ciśnienie efektywne Pe = 18,2...20,2 MPa. Napędem sprężarki w tych silnikach jest turbina gazowa. Moc turbiny sięga 30% mocy silnika, w związku z tym wzrastają wymagania dotyczące sprawności turbiny i sprężarki. Integralną częścią układu ładowania tych silników musi być chłodnica powietrza zamontowana za sprężarką. Chłodzenie powietrzem odbywa się poprzez obieg wody za pomocą indywidualnej pompy wodnej w obwodzie: chłodnica powietrza - chłodnica do chłodzenia wody powietrzem atmosferycznym.

Obiecującym kierunkiem w rozwoju tłokowych silników spalinowych jest pełniejsze wykorzystanie energii spalin w turbinie, która zapewnia moc sprężarki niezbędną do osiągnięcia zadanego ciśnienia doładowania. Nadmiar mocy jest następnie przenoszony na wał korbowy silnika wysokoprężnego. Wdrożenie takiego schematu jest najbardziej możliwe dla silników czterosuwowych.

Wniosek

Widzimy więc, że silniki spalinowe to bardzo złożony mechanizm. A funkcja pełniona przez rozszerzalność cieplną w silnikach spalinowych nie jest tak prosta, jak się wydaje na pierwszy rzut oka. A bez zastosowania rozszerzalności cieplnej gazów nie byłoby silników spalinowych. I jesteśmy o tym łatwo przekonani, po szczegółowym rozważeniu zasady działania silnika spalinowego, ich cykli pracy - cała ich praca opiera się na wykorzystaniu rozszerzalności cieplnej gazów. Ale silnik spalinowy to tylko jedno z konkretnych zastosowań rozszerzalności cieplnej. A sądząc po korzyściach płynących z rozszerzalności cieplnej ludzi przez silnik spalinowy, można ocenić korzyści płynące z tego zjawiska w innych obszarach działalności człowieka.

I niech minie era silników spalinowych, nawet jeśli mają one wiele wad, nawet jeśli pojawią się nowe silniki, które nie zanieczyszczają środowiska wewnętrznego i nie wykorzystują funkcji rozszerzalności cieplnej, ale z tych pierwszych ludzie będą korzystali przez długi czas, a ludzie zareagują życzliwie po wielu setkach lat na ich temat, ponieważ przenieśli ludzkość na nowy poziom rozwoju, a po jego przejściu ludzkość wzniosła się jeszcze wyżej.

Miejska instytucja edukacyjna

Gimnazjum nr 6

Streszczenie z fizyki na ten temat:

Silniki z zapłonem wewnętrznym. Ich zalety i wady.

Uczeń 8 klasy „A”

Butrinova Aleksandra

Nauczyciel: Shulpina Taisiya Vladimirovna

1. Wstęp…………………………………………………………… .. Strona 3

1.1 Cel pracy

1.2 Cele

2. Główna część.

2.1 Historia powstania silników spalinowych ………………. Strona 4

2.2 Ogólna budowa silników spalinowych ……………… Strona 7

2.2.1. Urządzenie silników dwusuwowych i czterosuwowych

spalanie wewnętrzne: …………………………………. …………… .. Strona 15

2.3.Nowoczesne silniki spalinowe.

2.3.1. Nowe rozwiązania konstrukcyjne wprowadzone do silnika spalinowego ………………………………………………………………………… Strona. 21

2.3.2. Zadania stojące przed projektantami …………………… Strona 22

2.4. Zalety i wady w stosunku do innych typów silników spalinowych ………………………………………………… .. Strona 23

2.5. Korzystanie z silnika spalinowego .. …………………… .str. 25

3.Wniosek ……………………………………………………………. Strona 26

4.Spis literatury ………………………………………………… .. Strona 27

5. Załączniki ……………………………………………………………. Strona 28

1. Wstęp.

1.1. Cel:

Przeanalizuj odkrycie i osiągnięcia naukowców dotyczące wynalezienia i zastosowania silnika spalinowego (DVS), opowiedz o jego zaletach i wadach.

1.2. Zadania:

1. Przestudiuj niezbędną literaturę i opracuj materiał

2. Prowadzenie badań teoretycznych (D.V.S.)

3. Dowiedz się, który z (D.V.S.) jest lepszy.

2. Główna część.

2.1 .Historia powstania silnika spalinowego .

Projekt pierwszego silnika spalinowego (ICE) należy do słynnego wynalazcy kotwicy zegarkowej Christiana Huygensa i został zaproponowany w XVII wieku. Co ciekawe, jako paliwo miał służyć proch, a sam pomysł sugerował działo artyleryjskie. Wszystkie próby Denisa Papena zbudowania samochodu na tej zasadzie nie powiodły się. Historycznie pierwszy działający silnik spalinowy opatentowany w 1859 roku przez belgijskiego wynalazcę Jeana Josepha Etienne Lenoira (rys. 1)

Silnik Lenoira ma niską sprawność cieplną, dodatkowo w porównaniu z innymi silnikami spalinowymi tłokowymi posiadał wyjątkowo małą moc pobieraną z jednostki pojemności skokowej cylindra.

Silnik z 18-litrowym cylindrem wytwarzał tylko 2 konie mechaniczne. Wady te wynikały z faktu, że silnik Lenoir nie ma kompresji mieszanki paliwowej przed zapłonem. Silnik Otto o równej mocy (w cyklu którego zastosowano specjalny suw sprężania) ważył kilkakrotnie mniej i był znacznie bardziej kompaktowy.
Nawet oczywiste zalety silnika Lenoir - stosunkowo niski poziom hałasu (konsekwencja spalin prawie pod ciśnieniem atmosferycznym) i niski poziom drgań (konsekwencja bardziej równomiernego rozkładu suwów roboczych w cyklu), nie pomogły mu wytrzymać Konkurs.

Jednak podczas pracy silników okazało się, że zużycie gazu na moc wynosi 3 metry sześcienne/m. na godzinę w miejscu proponowanych ok. 0,5 m sześc./m. Sprawność silnika Lenoira wynosiła tylko 3,3%, podczas gdy ówczesne silniki parowe osiągały sprawność 10%.

W 1876 roku Otto i Langen zaprezentowali nowy silnik o mocy 0,5 KM na drugiej Wystawie Światowej w Paryżu (rys. 2)

Rys. 2 Silnik Otto

Pomimo niedoskonałości konstrukcji tego silnika, przypominającego pierwsze maszyny parowo-atmosferyczne, wykazywał on wówczas wysoką sprawność; zużycie gazu wyniosło 82 metry sześcienne/m. moc na godzinę i sprawność wyniósł 14%. Przez 10 lat wyprodukowano około 10 000 tych silników dla małego przemysłu.

W 1878 roku Otto zbudował silnik czterosuwowy oparty na pomyśle Boude-Roche. Równolegle z wykorzystaniem gazu jako paliwa zaczęto rozwijać pomysł wykorzystania oparów benzyny, benzyny, benzyny jako materiału do mieszanki palnej, a od lat 90. również nafty. Zużycie paliwa w tych silnikach wynosiło około 0,5 kg na moc na godzinę.

Od tego czasu silniki spalinowe (DVS) zmieniły konstrukcję, zasadę działania, materiały użyte do ich produkcji. Silniki spalinowe stały się mocniejsze, bardziej kompaktowe, lżejsze, ale nadal w silniku spalinowym na każde 10 litrów paliwa tylko około 2 litry zużywa się do użytecznej pracy, pozostałe 8 litrów jest marnowane. Oznacza to, że sprawność silnika spalinowego wynosi tylko 20%.

2. 2. Ogólne urządzenie silnika spalinowego.

W sercu pracy każdego D.V.S. polega na ruchu tłoka w cylindrze pod działaniem ciśnienia gazów powstających podczas spalania mieszanki paliwowej, zwanej dalej pracą. W takim przypadku samo paliwo nie pali się. Spalają się tylko jego opary zmieszane z powietrzem, które są mieszaniną roboczą silnika spalinowego. Jeśli podpalisz tę mieszankę, natychmiast się wypali, zwiększając swoją objętość. A jeśli umieścisz mieszaninę w zamkniętej objętości i sprawisz, że jedna ściana będzie ruchoma, to na tej ścianie
będzie ogromny nacisk, który przesunie ścianę.

DVS, stosowany w samochodach osobowych, składa się z dwóch mechanizmów: korbowodu i dystrybucji gazu oraz z następujących systemów:

· Żywność;

· Uwalnianie spalin;

· Zapłon;

· Chłodzenie;

· Smary.

Główne części silnika spalinowego:

· Głowica bloku cylindrów;

· Cylindry;

· Tłoki;

· pierścienie tłokowe;

· Palce tłokowe;

· Korbowody;

· wał korbowy;

Koło zamachowe;

· Wałek rozrządu z krzywkami;

Zawory;

· świeca.

Większość nowoczesnych małych i średnich samochodów jest wyposażona w silniki czterocylindrowe. Istnieją silniki o większej objętości - z ośmioma, a nawet dwunastoma cylindrami (ryc. 3). Im większa pojemność silnika, tym większa jego moc i większe zużycie paliwa.

Zasadę działania silnika spalinowego najłatwiej rozważyć na przykładzie jednocylindrowego silnika benzynowego. Taki silnik składa się z cylindra z wewnętrzną powierzchnią lustra, do którego przykręcona jest zdejmowana głowica. Cylinder zawiera cylindryczny tłok - szkło, składające się z głowicy i spódnicy (ryc. 4). Tłok posiada rowki, w których osadzone są pierścienie tłokowe. Zapewniają szczelność przestrzeni nad tłokiem, zapobiegając przedostawaniu się gazów powstałych podczas pracy silnika pod tłok. Dodatkowo pierścienie tłokowe zapobiegają przedostawaniu się oleju do przestrzeni nad tłokiem (olej przeznaczony jest do smarowania wewnętrznej powierzchni cylindra). Innymi słowy, pierścienie te pełnią rolę uszczelnień i dzielą się na dwa typy: kompresyjny (te, które nie przepuszczają gazów) oraz zgarniacz oleju (zapobiegający przedostawaniu się oleju do komory spalania) (rys. 5).

Ryż. 3. Układy cylindrów w silnikach o różnych układach:
a - czterocylindrowy; b - sześciocylindrowy; в - dwunastocylindrowy (α - kąt pochylenia)

Ryż. 4. Tłok

Mieszanina benzyny i powietrza, przygotowana przez gaźnik lub wtryskiwacz, wchodzi do cylindra, gdzie jest sprężana przez tłok i zapalana przez iskrę ze świecy zapłonowej. Płonąc i rozszerzając się, wymusza ruch tłoka w dół.

W ten sposób energia cieplna zamieniana jest na energię mechaniczną.

Ryż. 5. Tłok z korbowodem:

1 - zespół korbowodu; 2 - osłona korbowodu, 3 - wkładka korbowodu; 4 - nakrętka śruby; 5 - śruba pokrywy korbowodu; 6 - korbowód; 7 - tuleja korbowodu; 8 - pierścienie ustalające; 9 - sworzeń tłokowy; 10 - tłok; 11 - pierścień zgarniający olej; 12, 13 - pierścienie zaciskowe

Następnie następuje konwersja skoku tłoka na obrót wału. W tym celu tłok jest przegubowo połączony za pomocą sworznia i korbowodu z korbą wału korbowego, która obraca się na łożyskach zamontowanych w skrzyni korbowej silnika (rys. 6).

Ryż. 6 Wał korbowy z kołem zamachowym:

1 - wał korbowy; 2 - panewka łożyska korbowodu; 3 - trwałe półpierścienie; 4 - koło zamachowe; 5 - podkładka śrub mocujących koło zamachowe; 6 - wkładki pierwszego, drugiego, czwartego i piątego łożyska głównego; 7 - wkładka środkowego (trzeciego) łożyska

W wyniku ruchu tłoka w cylindrze z góry na dół iz powrotem przez korbowód wał korbowy obraca się.

Górny martwy punkt (TDC) to najwyższe położenie tłoka w cylindrze (czyli miejsce, w którym tłok przestaje poruszać się w górę i jest gotowy do rozpoczęcia ruchu w dół) (patrz rys. 4).

Najniższe położenie tłoka w cylindrze (czyli miejsce, w którym tłok przestaje poruszać się w dół i jest gotowy do ruchu w górę) nazywamy dolnym martwym punktem (BDC) (patrz rys. 4).

Odległość między skrajnymi położeniami tłoka (od GMP do BDC) nazywana jest skokiem tłoka.

Kiedy tłok porusza się od góry do dołu (od GMP do BDC), objętość nad nim zmienia się od minimum do maksimum. Minimalna objętość w cylindrze nad tłokiem, gdy znajduje się on w GMP, to komora spalania.

A objętość nad cylindrem, gdy jest w BDC, nazywana jest objętością roboczą cylindra. Z kolei całkowite przemieszczenie wszystkich cylindrów silnika wyrażone w litrach nazywamy przemieszczeniem silnika. Całkowita objętość cylindra to suma jego objętości roboczej i objętości komory spalania w momencie, gdy tłok znajduje się w BDC.

Ważną cechą silnika spalinowego jest stopień sprężania, który określa się jako stosunek całkowitej objętości cylindra do objętości komory spalania. Stopień sprężania pokazuje, ile razy mieszanka paliwowo-powietrzna wchodząca do cylindra jest sprężana, gdy tłok przemieszcza się z BDC do GMP. W przypadku silników benzynowych stopień sprężania mieści się w granicach 6-14, w przypadku silników wysokoprężnych - 14-24. Stopień sprężania w dużej mierze determinuje moc silnika i jego sprawność, a także znacząco wpływa na toksyczność spalin.

Moc silnika jest mierzona w kilowatach lub mocach (używanych częściej). Jednocześnie 1 litr. Z. równa około 0,735 kW. Jak już powiedzieliśmy, działanie silnika spalinowego opiera się na wykorzystaniu siły ciśnienia gazów powstających podczas spalania mieszanki paliwowo-powietrznej w cylindrze.

W silnikach benzynowych i gazowych mieszanina jest zapalana świecą zapłonową (rys. 7), w silnikach wysokoprężnych przez sprężanie.

Ryż. 7Świeca

Podczas pracy silnika jednocylindrowego jego wał korbowy obraca się nierównomiernie: w momencie spalania mieszanki palnej gwałtownie przyspiesza, a przez resztę czasu spowalnia. Aby zwiększyć równomierność obrotu, masywny dysk - koło zamachowe (patrz ryc. 6) jest zamocowany na wale korbowym wystającym z obudowy silnika. Gdy silnik pracuje, wałek koła zamachowego obraca się.

2.2.1. Urządzenie dwusuwowe i czterosuwowe

silniki z zapłonem wewnętrznym;

Silnik dwusuwowy to tłokowy silnik spalinowy, w którym proces pracy w każdym z cylindrów odbywa się w jednym obrocie wału korbowego, czyli w dwóch suwach tłoka. Suwy sprężania i suwu w silniku dwusuwowym zachodzą w taki sam sposób jak w silniku czterosuwowym, ale procesy czyszczenia i napełniania cylindra są połączone i realizowane nie w oddzielnych suwach, ale w krótkim czasie, gdy tłok znajduje się w pobliżu dolnego martwego punktu (rys. 8).

Rys. 8 Silnik dwusuwowy

W związku z tym, że w silniku dwusuwowym, przy równej liczbie cylindrów i obrotach wału korbowego, skoki robocze występują dwa razy częściej, litrowa moc silników dwusuwowych jest wyższa niż czterosuwowych - teoretycznie dwukrotnie, w praktyce 1,5-1,7 razy, ponieważ część efektywnego skoku tłoka zajmują procesy wymiany gazowej, a sama wymiana gazowa jest mniej doskonała niż w silnikach czterosuwowych.

W przeciwieństwie do silników czterosuwowych, gdzie spaliny są wypierane, a świeża mieszanka jest zasysana przez sam tłok, w silnikach dwusuwowych wymiana gazowa odbywa się poprzez doprowadzenie mieszaniny roboczej lub powietrza (w silnikach wysokoprężnych) do cylindra pod ciśnienie wytwarzane przez pompę czyszczącą i sam proces wymiany gazowej nazywa się - czyszczenie. Podczas procesu przedmuchu świeże powietrze (mieszanina) wypiera produkty spalania z cylindra do korpusów wydechowych, zajmując ich miejsce.

Zgodnie z metodą organizowania ruchu przepływu powietrza czyszczącego (mieszaniny) rozróżnia się silniki dwusuwowe z czyszczeniem konturowym i przepływem bezpośrednim.

Silnik czterosuwowy to tłokowy silnik spalinowy, w którym proces pracy w każdym z cylindrów odbywa się w dwóch obrotach wału korbowego, czyli w czterech suwach tłoka (suw). Te słupki to:

Pierwszy skok - spożycie:

Podczas tego skoku tłok przesuwa się z GMP do BDC. W takim przypadku zawór wlotowy jest otwarty, a zawór wylotowy jest zamknięty. Przez zawór wlotowy cylinder jest napełniany palną mieszanką, aż tłok znajdzie się w BDC, to znaczy jego dalszy ruch w dół stanie się niemożliwy. Z tego, co powiedzieliśmy wcześniej, wiemy już, że ruch tłoka w cylindrze pociąga za sobą ruch korby, a w konsekwencji obrót wału korbowego i odwrotnie. Tak więc w pierwszym suwie silnika (gdy tłok przesuwa się z GMP do BDC) wał korbowy obraca się o pół obrotu (ryc. 9).

Rys. 9 Pierwszy skok - ssanie

Drugi środek - kompresja .

Gdy mieszanka powietrzno-paliwowa przygotowana przez gaźnik lub wtryskiwacz dostanie się do cylindra, zmieszana z resztkowymi spalinami i zamknięty za nim zawór dolotowy, zaczyna działać. Teraz nadszedł moment, w którym mieszanina robocza napełniła cylinder i nie ma dokąd pójść: zawory wlotowe i wydechowe są bezpiecznie zamknięte. W tym momencie tłok zaczyna poruszać się od dołu do góry (od BDC do GMP) i próbuje docisnąć roboczą mieszankę do głowicy cylindrów. Jednak, jak mówią, nie będzie w stanie zmielić tej mieszanki na proszek, ponieważ tłok przekroczy linię GMP
nie może, a przestrzeń wewnętrzna cylindra jest zaprojektowana w taki sposób (a więc odpowiednio ustawiony jest wał korbowy i dobrana jest wielkość korby), aby nad tłokiem w GMP zawsze znajdowała się, choć niezbyt duża, wolna przestrzeń - komora spalania. Pod koniec suwu sprężania ciśnienie w cylindrze wzrasta do 0,8–1,2 MPa, a temperatura osiąga 450–500 ° C. (rys. 10)

Rys. 10 Druga miara - kompresja

Trzeci cykl - skok roboczy (główny)

Trzeci skok to najważniejszy moment, w którym energia cieplna zamienia się w energię mechaniczną. Na początku trzeciego suwu (a właściwie na końcu suwu sprężania) palna mieszanka jest zapalana za pomocą świecy zapłonowej (rys. 11)

Rys. 11 Trzeci cykl, skok roboczy.

Czwarty takt - zwolnienie

Podczas tego procesu zawór wlotowy jest zamknięty, a zawór wylotowy jest otwarty. Tłok poruszając się od dołu do góry (od BDC do GMP) wypycha spaliny pozostające w cylindrze po spaleniu i rozprężeniu przez otwarty zawór wydechowy do kanału wydechowego (rys. 12)

Rys. 12 Zwolnienie.

Wszystkie cztery suwy są okresowo powtarzane w cylindrze silnika, zapewniając w ten sposób jego ciągłą pracę i nazywane są cyklem pracy.

2.3.Nowoczesne silniki spalinowe.

2.3.1. Nowe rozwiązania konstrukcyjne zastosowane w silniku spalinowym.

Od czasów Lenoira do chwili obecnej silnik spalinowy przeszedł wielkie zmiany. Zmienił się ich wygląd, struktura i moc. Od wielu lat projektanci na całym świecie starają się poprawić sprawność silnika spalinowego przy mniejszym zużyciu paliwa, aby uzyskać większą moc. Pierwszym krokiem w tym kierunku był rozwój przemysłu, pojawiły się dokładniejsze maszyny do produkcji DVS, sprzęt, nowe (lekkie) metale. Kolejne etapy budowy silnika zależały od wyposażenia silnika. W samochodzie budynku potrzebne były mocne, ekonomiczne, kompaktowe, łatwe w utrzymaniu, trwałe silniki. W przemyśle stoczniowym do budowy ciągników potrzebna byłaby trakcja, z dużą rezerwą mocy silników (głównie diesla), w lotnictwie mocne, bezawaryjne silniki o długiej żywotności.

Do osiągnięcia powyższych parametrów zastosowano wysokoobrotowe i niskoobrotowe. Z kolei we wszystkich silnikach zmieniono stopień sprężania, objętości cylindrów, rozrząd, liczbę zaworów dolotowych i wydechowych na cylinder oraz sposoby podawania mieszanki do cylindra. Pierwsze silniki były z dwoma zaworami, mieszanina była podawana przez gaźnik, składający się z dyfuzora powietrza z przepustnicą i skalibrowanego strumienia paliwa. Gaźniki szybko się modernizowały, dostosowując do nowych silników i ich trybów pracy. Głównym zadaniem gaźnika jest przygotowanie mieszanki palnej i dostarczenie jej do kolektora silnika. Ponadto zastosowano inne techniki w celu zwiększenia mocy i sprawności silnika spalinowego.

2.3.2. Zadania stojące przed projektantami.

Postęp technologiczny posunął się tak daleko, że silniki spalinowe zmieniły się niemal nie do poznania. Stopnie sprężania w cylindrach silnika spalinowego wzrosły do 15 kg/cm2 dla silników benzynowych i do 29 kg/cm2 dla silników Diesla. Liczba zaworów wzrosła do 6 na cylinder, małe pojemności silnika są usuwane z mocy, która była wcześniej wytwarzana przez silniki o dużej pojemności, na przykład: 120 KM jest usuwane z silnika 1600 cm3, a 2400 cm3 z silnika 2400 cm3 . do 200 KM Przy tym wszystkim wymagania dotyczące D.V.S. wzrasta każdego roku. Wynika to z gustów konsumenta. Wymagania dla silników związane są z redukcją szkodliwych gazów. Obecnie norma EURO-3 została wprowadzona w Rosji, a norma EURO-4 została wprowadzona w krajach europejskich. Zmusiło to projektantów na całym świecie do przestawienia się na nowy sposób zasilania, sterowania i obsługi silnika. W naszych czasach za pracę D.V.S. sterowanie, sterowanie, mikroprocesor. Gazy odlotowe są spalane przez różnego rodzaju katalizatory. Zadaniem współczesnych projektantów jest: zadowolić konsumenta, tworząc silniki o wymaganych parametrach, zachowując normy EURO-3, EURO-4.

2.4. Zalety i wady

w stosunku do innych typów silników spalinowych.

Ocena zalet i wad D.V.S. z innymi typami silników należy porównać poszczególne typy silników.

2.5. Zastosowanie silnika spalinowego.

D.V.S. stosowany w wielu pojazdach i przemyśle. Silniki dwusuwowe są używane tam, gdzie mały rozmiar jest ważny, ale oszczędność paliwa jest stosunkowo nieistotna, na przykład w motocyklach, małych łodziach motorowych, pilarkach łańcuchowych i narzędziach napędzanych silnikiem. Silniki czterosuwowe są montowane w zdecydowanej większości innych pojazdów.

3. Wniosek.

Przeanalizowaliśmy odkrycie i osiągnięcia naukowców nad wynalezieniem silników spalinowych, dowiedzieliśmy się, jakie są ich zalety i wady.

4. Referencje.

1. Silniki spalinowe, t. 1-3, Moskwa .. 1957.

2.Fizyka klasa 8. AV Peryszkin.

3.Wikipedia (bezpłatna encyklopedia)

4. Magazyn „Za kierownicą”

5. Świetna książka informacyjna dla uczniów klas 5-11. Moskwa. Wydawnictwo drop.

5. Aplikacja

Rys. 1 http://images.yandex.ru

Rys. 2 http://images.yandex.ru

Rys. 3 http://images.yandex.ru

Rys. 4 http://images.yandex.ru

Rys. 5 http://images.yandex.ru

Rys. 6 http://images.yandex.ru

Rys. 7 http://images.yandex.ru

Rys. 8 http://images.yandex.ru

Rys. 9 http://images.yandex.ru

Rys. 10 http://images.yandex.ru

Rys. 11 http://images.yandex.ru

Rys. 12 http://images.yandex.ru

Silnik spalinowy (ICE)- mechanizm samochodowy, którego działanie zależy od konwersji jednego rodzaju energii (w szczególności reakcji chemicznej ze spalania paliwa) w inną formę (energia mechaniczna do uruchomienia samochodu).

Jak zalety silnika spalinowego, które decydują o jego powszechnym zastosowaniu, należy zwrócić uwagę: autonomia, stosunkowo niski koszt, możliwość zastosowania na różnych konsumentach, wielopaliwowy (ICE może być zasilany benzyną, olejem napędowym, gazem, a nawet alkoholem i olejem rzepakowym). Do zalet należy również dość wysoka niezawodność silnika spalinowego i bezpretensjonalna praca, łatwość konserwacji.

W którym silniki spalinowe mają szereg wad: niska wydajność, toksyczność, hałas.

Jednak pod względem połączenia ich zalet i wad, dziś w sektorze transportu (jako silniki samochodowe) nie ma poważnych konkurentów dla silników spalinowych i nie oczekuje się ich w najbliższej przyszłości.

ICE można podzielić na kilka kategorii

Według rodzaju konwersji energii:

turbina;
tłok;
reaktywny;
łączny

Według rodzaju cyklu pracy:

z 2 krokami cyklu;
z 4 krokami cyklu

Według rodzaju używanego paliwa:

na benzynie;
na oleju napędowym;
na gazie

Urządzenie ICE

Silnik spalinowy ma dość złożone urządzenie, które można wyposażyć w:

korpus (blok i głowica cylindra);
mechanizmy robocze (korba i dystrybucja gazu);
różne układy (paliwo, dolot, wydech, smarowanie, zapłon, chłodzenie i sterowanie).

KShM (mechanizm korbowy) zapewnia ruch posuwisto-zwrotny tłoka i wsteczny ruch obrotowy wału.

Mechanizm dystrybucji gazu jest przeznaczony do dostarczania paliwa i powietrza do cylindrów w celu usunięcia mieszanki spalin.

Układ paliwowy jest przeznaczony do zasilania silnika pojazdu paliwem.

Układ dolotowy odpowiada za terminowe dostarczanie powietrza do silnika spalinowego, a układ wydechowy odpowiada za usuwanie spalin, zmniejszenie poziomu hałasu z pracy cylindrów, a także zmniejszenie ich toksyczności.

System wtrysku zapewnia dostarczenie TPM do silnika samolotu.

Układ zapłonowy (zapłon) pełni funkcję zapłonu mieszanki powietrza i paliwa, która dostaje się do silnika spalinowego.

System smarowania zapewnia terminowe smarowanie wszystkich części wewnętrznych i silnika.

Układ chłodzenia zapewnia intensywne chłodzenie układu roboczego silnika spalinowego podczas pracy.

System sterowania odpowiada za monitorowanie skoordynowanej pracy wszystkich ważnych systemów ICE.

Zasada działania silnika spalinowego

Silnik pracuje na energii cieplnej gazów powstających podczas spalania zużytego paliwa, co z kolei uruchamia ruch tłoka w cylindrze. Silnik spalinowy pracuje cyklicznie. Aby powtórzyć każdy kolejny cykl, zużyta mieszanka jest usuwana, a nowa część paliwa i powietrza dostaje się do tłoka.

Nowoczesne modele samochodów wykorzystują silniki 4-suwowe. Działanie takiego silnika opiera się na czterech równych w czasie częściach. Skok to proces, który odbywa się w cylindrze silnika samochodowego w jednym skoku roboczym (podnoszenie / opuszczanie) tłoka.

Tłok w cylindrze wykonuje cztery ruchy - dwa w górę i dwa w dół. Ruch zegara rozpoczyna się od skrajnego punktu (dolny lub górny) i przechodzi przez następujące etapy: wlot, kompresja, ruch i zwolnienie.

Rozważmy bardziej szczegółowo cechy operacji ICE w każdym z cykli.

Skok dolotowy

Wlot zaczyna się w punkcie skrajnym (MT - martwy punkt). Nie ma znaczenia, od którego momentu zaczyna się ruch, od górnego MT czy od dolnego MT. Rozpoczynając ruch w cylindrze, tłok przechwytuje wchodzącą mieszankę paliwowo-powietrzną, gdy zawór wlotowy jest otwarty. W takim przypadku zespoły paliwowe mogą tworzyć się zarówno w kolektorze dolotowym, jak iw komorze spalania.

Cykl kompresji

Po ściśnięciu zawory dolotowe są całkowicie zamknięte, zespół paliwowy zaczyna sprężać się bezpośrednio w cylindrach. Wynika to z odwrotnego ruchu tłoka z jednego MT do drugiego. W takim przypadku zespół paliwowy jest ściśnięty do rozmiarów samej komory spalania. Silniejsze ściskanie sprawia, że WV pracuje bardziej wydajnie.

Skok ruchu (skok roboczy)

W tym skoku zapalana jest mieszanka paliwowo-powietrzna. Może to być samozapłon (dla silników Diesla) lub zapłon wymuszony (dla silników benzynowych). W wyniku zapłonu VTS szybko powstają gazy, których energia działa na tłok, wprawiając go w ruch. KShM przekształca translacyjne ruchy tłoka w obrotowe wały. Zawory systemowe na suwie ruchu, jak również na suwie sprężania, muszą być całkowicie zamknięte.

Cykl wydania

Podczas ostatniego suwu wydechu otwierane są wszystkie zawory wydechowe, po czym mechanizm dystrybucji gazów usuwa spaliny z silnika spalinowego do układu wydechowego, gdzie są one oczyszczane, chłodzone i zmniejszany jest poziom hałasu. Na końcu następuje całkowita emisja gazów do atmosfery.

Po zakończeniu suwu wydechu cykle są powtarzane począwszy od suwu ssania.

Film, który wyraźnie pokazuje budowę i działanie silnika spalinowego:

Rozszerzalność termiczna

Tłokowe silniki spalinowe

Klasyfikacja ICE

Podstawy urządzenia tłokowych silników spalinowych

Zasada działania

Zasada działania czterosuwowego silnika gaźnikowego

Zasada działania czterosuwowego silnika wysokoprężnego

Zasada działania silnika dwusuwowego

Cykl pracy silnika czterosuwowego

Cykle pracy silników dwusuwowych

WSKAŹNIKI CHARAKTERYZUJĄCE OSIĄGI SILNIKA

Średnie wskazywane ciśnienie i wskazywana moc

Moc efektywna i średnie ciśnienia efektywne

Sprawność wskaźnika i określony wskaźnik zużycia paliwa

Efektywna wydajność i określone efektywne zużycie paliwa

Bilans cieplny silnika

Innowacje

Wstęp

Transport samochodowy powstał w wyniku rozwoju nowej gałęzi gospodarki narodowej - przemysłu motoryzacyjnego, który na obecnym etapie jest jednym z głównych ogniw krajowej budowy maszyn.

W latach 1931-1941. powstaje masowa i masowa produkcja samochodów. W 1931 roku fabryka AMO rozpoczęła masową produkcję samochodów ciężarowych. W 1932 roku uruchomiono zakład GAZ.

Silniki z zapłonem wewnętrznym

Obecnie istnieje duża liczba urządzeń wykorzystujących rozszerzalność cieplną gazów. Takie urządzenia obejmują silnik gaźnikowy, silniki wysokoprężne, silniki turboodrzutowe itp.

Silniki cieplne można podzielić na dwie główne grupy:

1. Silniki spalinowe - silniki parowe, turbiny parowe, silniki Stirlinga itp.

2. Silniki spalinowe. Jako elektrownie do samochodów najbardziej rozpowszechnione są silniki spalinowe, w których zachodzi proces spalania

paliwo z wydzieleniem ciepła i jego przekształceniem w pracę mechaniczną następuje bezpośrednio w cylindrach. Większość nowoczesnych samochodów wyposażona jest w silniki spalinowe.

A teraz trochę o pierwszym ICE. Pierwszy silnik spalinowy (ICE) został stworzony w 1860 roku przez francuskiego inżyniera Étvena Lenoira, ale maszyna ta była nadal bardzo niedoskonała.

W 1862 roku francuski wynalazca Beau de Rocha zaproponował zastosowanie czterosuwowego cyklu w silniku spalinowym:

1.ssanie;

2. kompresja;

3. spalanie i ekspansja;

4.wydech.

Szybki rozwój silników spalinowych w przemyśle, transporcie, rolnictwie i energetyce stacjonarnej wynikał z szeregu ich pozytywnych cech.

Instalacje z silnikami spalinowymi charakteryzują się dużą autonomią. Nawet samoloty z napędem ICE mogą latać przez dziesiątki godzin bez tankowania.

Obecnie pojazdy są używane głównie z czterosuwowymi tłokowymi silnikami spalinowymi.

Silnik jednocylindrowy (rys. A) zawiera następujące główne części: cylinder 4, skrzynia korbowa 2, tłok 6, korbowód 3, wał korbowy 1 i koło zamachowe 14. Na jednym końcu korbowód jest obrotowo połączony z tłokiem za pomocą tłoka sworzeń 5, a drugi koniec również przegubowo za pomocą korby wału korbowego.

Gdy wał korbowy się obraca, w cylindrze występuje ruch posuwisto-zwrotny tłoka. W jednym obrocie wału korbowego tłok wykonuje jeden skok w dół i w górę. Zmiana kierunku ruchu tłoka następuje w martwych punktach - górnym (TDC) i dolnym (BDC).

Górny martwy punkt to położenie tłoka najdalej od wału korbowego (najwyżej w przypadku silnika pionowego), a dolny martwy punkt to położenie tłoka najbliżej wału korbowego (najniżej w przypadku silnika pionowego).

Ryż. Schemat ideowy (a) jednocylindrowego czterosuwowego tłokowego silnika spalinowego oraz jego schemat (b) do wyznaczania parametrów:
1 - wał korbowy; 2 - skrzynia korbowa; 3 - korbowód; 4 - cylinder; 5 - sworzeń tłokowy; 6 - tłok; 7 - zawór wlotowy; 8 - rurociąg wlotowy; 9 - wałek rozrządu; 10 - świeca zapłonowa (silniki benzynowe i gazowe) lub wtryskiwacz paliwa (diesle); 11 - rurociąg wylotowy; 12 - wylot, zawór; 13 - pierścienie tłokowe; 14 - koło zamachowe; D jest średnicą cylindra; r jest promieniem korby; S - skok tłoka

Odległość S (rys. B) między GMP i BDC nazywana jest skokiem tłoka. Oblicza się go według wzoru:

S = 2r,
gdzie r jest promieniem korby wału korbowego.

Skok i otwór D określają główne wymiary silnika. W silnikach transportowych stosunek S/D wynosi 0,7 -1,5. Na S / D< 1 двигатель называется короткоходным, а при S/D >1 - długi skok.

Kiedy tłok przesuwa się w dół z GMP do BDC, objętość nad nim zmienia się od minimum do maksimum. Minimalna objętość cylindra nad tłokiem, gdy znajduje się on w GMP, nazywana jest komorą spalania. Objętość cylindra uwalniana przez tłok podczas przemieszczania się z GMP do BDC nazywana jest objętością roboczą. Suma objętości wyporowych wszystkich cylindrów reprezentuje przemieszczenie silnika. Wyrażona w litrach nazywana jest pojemnością silnika. Całkowita objętość cylindra jest określona przez sumę jego objętości roboczej i objętości komory spalania. Ta objętość jest zamknięta nad tłokiem w swojej pozycji w BDC.

Ważną cechą silnika jest stopień sprężania, który określany jest stosunkiem całkowitej objętości cylindra do objętości komory spalania. Stopień sprężania pokazuje, ile razy ładunek wchodzący do cylindra (mieszanka powietrza lub paliwa z powietrzem) jest sprężany, gdy tłok przesuwa się z BDC do GMP. Dla silników benzynowych stopień sprężania wynosi 6-14, a dla silników Diesla 14-24. Przyjęty stopień sprężania w dużej mierze determinuje moc silnika i jego sprawność, a także znacząco wpływa na toksyczność spalin.

Działanie tłokowego silnika spalinowego opiera się na wykorzystaniu ciśnienia na tłok gazów powstających podczas spalania mieszanin paliwa i powietrza w cylindrze. W silnikach benzynowych i gazowych mieszanina jest zapalana przez świecę zapłonową 10, a w silnikach wysokoprężnych przez sprężanie. Rozróżnij pojęcia mieszanin palnych i roboczych. Mieszanka palna składa się z paliwa i czystego powietrza, a mieszanina robocza zawiera również spaliny pozostające w cylindrze.

Zbiór sekwencyjnych procesów, które cyklicznie powtarzają się w każdym cylindrze silnika i zapewniają jego ciągłą pracę, nazywamy cyklem pracy. Cykl pracy silnika czterosuwowego składa się z czterech procesów, z których każdy zachodzi w jednym skoku tłoka (suwu) lub półobrocie wału korbowego. Pełny cykl roboczy odbywa się w dwóch obrotach wału korbowego. Należy zauważyć, że w ogólnym przypadku pojęcia „przepływu pracy” i „suwu” nie są synonimami, chociaż w przypadku czterosuwowego silnika tłokowego praktycznie się pokrywają.

Rozważ cykl pracy silnika benzynowego.

Pierwszy skok cyklu roboczego to wlot. Tłok przesuwa się z GMP do BDC, podczas gdy zawór wlotowy 7 jest otwarty, a zawór wylotowy 12 jest zamknięty, a palna mieszanina pod działaniem próżni wchodzi do cylindra. Gdy tłok dotrze do BDC, zawór dolotowy zamyka się, a cylinder zostaje napełniony mieszanką roboczą. W większości silników benzynowych palna mieszanka powstaje na zewnątrz cylindra (w gaźniku lub kolektorze dolotowym 8).

Kolejnym środkiem jest kompresja. Tłok cofa się z BDC do TDC, ściskając mieszankę roboczą. Jest to niezbędne do jego szybszego i pełniejszego spalania. Zawory wlotowe i wylotowe są zamknięte. Stopień sprężania mieszaniny roboczej podczas suwu sprężania zależy od właściwości zastosowanej benzyny, a przede wszystkim od jej odporności na uderzenia, charakteryzującej się liczbą oktanową (dla benzyn 76 - 98). Im wyższa liczba oktanowa, tym większa odporność paliwa na uderzenia. Przy zbyt wysokim stopniu sprężania lub niskiej odporności przeciwstukowej benzyny może dojść do zapłonu stukowego (w wyniku sprężania) mieszanki i może zostać zakłócona normalna praca silnika. Pod koniec suwu sprężania ciśnienie w cylindrze wzrasta do 0,8 ... 1,2 MPa, a temperatura osiąga 450 ... 500 ° C.

Po suwie sprężania następuje rozprężenie (skok), gdy tłok cofa się z GMP. Na początku tego skoku, nawet z pewnym wyprzedzeniem, palna mieszanka jest zapalana przez świecę zapłonową 10. W tym przypadku zawory dolotowy i wydechowy są zamknięte. Mieszanka spala się bardzo szybko, generując dużo ciepła. Ciśnienie w cylindrze gwałtownie wzrasta, a tłok przesuwa się do WTC, wprawiając w ruch wał korbowy 1 przez korbowód 3. W momencie spalania mieszanki temperatura w cylindrze wzrasta do 1800 ... 2000 ° C, a ciśnienie - do 2,5 ... 3,0 MPa ...

Ostatni tik cyklu roboczego to zwolnienie. Podczas tego skoku zawór wlotowy jest zamknięty, a zawór wydechowy jest otwarty. Tłok poruszając się w górę z BDC do GMP wypycha spaliny pozostające w cylindrze po spaleniu i rozprężeniu przez otwarty zawór wydechowy do rury wydechowej 11. Następnie cykl pracy jest powtarzany.

Cykl pracy silnika wysokoprężnego różni się od rozważanego cyklu silnika benzynowego. Podczas suwu ssania przez rurociąg 8 do cylindra nie wchodzi mieszanina palna, ale czyste powietrze, które jest sprężane podczas następnego suwu. Pod koniec suwu sprężania, gdy tłok zbliża się do GMP, olej napędowy jest wtryskiwany do cylindra przez specjalne urządzenie - dyszę wkręconą w górną część głowicy cylindra, pod wysokim ciśnieniem, w stanie drobno rozpylonym. Cząsteczki paliwa, wchodząc w kontakt z powietrzem, które w wyniku kompresji ma wysoką temperaturę, szybko się spalają. Uwalniana jest duża ilość ciepła, w wyniku czego temperatura w cylindrze wzrasta do 1700 ... 2000 ° C, a ciśnienie - do 7 ... 8 MPa. Pod działaniem ciśnienia gazu tłok przesuwa się w dół - następuje skok roboczy. Cykle wydechowe dla silnika wysokoprężnego i silnika benzynowego są podobne.

Aby cykl pracy w silniku przebiegał prawidłowo, konieczne jest skoordynowanie momentów otwierania i zamykania jego zaworów z prędkością obrotową wału korbowego. Odbywa się to w następujący sposób. Wał korbowy za pomocą przekładni, łańcucha lub napędu pasowego napędza inny wał silnika - wałek rozrządu 9, który musi obracać się dwa razy wolniej niż wał korbowy. Wałek rozrządu posiada wyprofilowane ucha (krzywki), które poruszają zawory ssące i wydechowe bezpośrednio lub przez części pośrednie (popychacze, drążki, wahacze). W dwóch obrotach wału korbowego każdy zawór, wlotowy i wydechowy, otwiera się i zamyka tylko raz: odpowiednio podczas suwów ssania i wydechu.

Uszczelnienie między tłokiem a cylindrem oraz usuwanie nadmiaru oleju ze ścian cylindra zapewniają specjalne pierścienie tłokowe 13.

Wał korbowy silnika jednocylindrowego obraca się nierównomiernie: z przyspieszaniem podczas suwu roboczego i zwalnianiem podczas odpoczynku, suwami pomocniczymi (wlot, sprężanie i wydech). Aby zwiększyć równomierność obrotu wału korbowego, na jego końcu zainstalowany jest masywny dysk - koło zamachowe 14, które gromadzi energię kinetyczną podczas suwu roboczego i oddaje ją podczas pozostałych cykli, nadal obracając się bezwładnością.

Jednak pomimo obecności koła zamachowego wał korbowy silnika jednocylindrowego nie obraca się wystarczająco równomiernie. W momentach zapłonu mieszaniny roboczej na skrzynię korbową silnika przenoszone są znaczne wstrząsy, co szybko niszczy sam silnik i jego elementy montażowe. Dlatego silniki jednocylindrowe są rzadko używane, głównie w pojazdach dwukołowych. Na innych maszynach instalowane są silniki wielocylindrowe, które zapewniają bardziej równomierny obrót wału korbowego, ponieważ skok roboczy tłoka w różnych cylindrach nie występuje jednocześnie. Najbardziej rozpowszechnione są silniki cztero-, sześcio-, ośmio- i dwunastocylindrowe, chociaż w niektórych pojazdach stosuje się również silniki trzy- i pięciocylindrowe.

Silniki wielocylindrowe są zwykle rzędowe lub w kształcie litery V. W pierwszym przypadku cylindry są instalowane w jednej linii, aw drugim - w dwóch rzędach pod pewnym kątem do siebie. Ten kąt dla różnych projektów wynosi 60 ... 120 °; w przypadku silników cztero- i sześciocylindrowych zwykle wynosi 90 °. W porównaniu z rzędowymi silnikami widlastymi o tej samej mocy, są one krótsze, krótsze i krótsze. Cylindry są ponumerowane kolejno: najpierw od przodu (palce palców) cylindry prawej (zgodnie z kierunkiem jazdy maszyny) połówki silnika, a następnie, zaczynając od przodu, połówka lewa.

Równomierną pracę silnika wielocylindrowego uzyskuje się, gdy zmiana skoku roboczego w jego cylindrach następuje poprzez równe kąty obrotu wału korbowego. Przedział kątowy, w którym te same skoki będą równomiernie powtarzane w różnych cylindrach, można określić dzieląc 720 ° (kąt obrotu wału korbowego, przy którym wykonywany jest pełny cykl roboczy) przez liczbę cylindrów silnika. Na przykład ośmiocylindrowy silnik ma rozstaw kątowy 90 °.

Sekwencja naprzemiennych uderzeń o tej samej nazwie w różnych cylindrach nazywana jest kolejnością działania silnika. Kolejność pracy powinna być taka, aby w jak największym stopniu zniwelować negatywny wpływ na pracę silnika sił i momentów bezwładności wynikających z nierównomiernego ruchu tłoków w cylindrach oraz zmian ich przyspieszeń co do wielkości i kierunku. W przypadku czterocylindrowych silników rzędowych i w kształcie litery V kolejność działania może być następująca: 1 - 2 - 4 - 3 lub 1 - 3 - 4-2, w przypadku silników sześciocylindrowych rzędowych i w kształcie litery V - odpowiednio 1 - 5 - 3 - 6 - 2 - 4 i 1 - 4 - 2 - 5 - 3 - 6 oraz ośmiocylindrowe silniki V - 1 - 5 - 4 - 2 - 6 - 3 - 7 - 8.

W celu efektywniejszego wykorzystania objętości roboczej cylindrów i zwiększenia ich mocy, w niektórych konstrukcjach silników tłokowych następuje sprężanie powietrza z odpowiednim wzrostem ilości wtryskiwanego paliwa. Sprężarki turbin gazowych (turbosprężarki) są najczęściej używane do zapewnienia zwiększenia ciśnienia, tj. do wytworzenia nadciśnienia na wlocie cylindra. W tym przypadku energia spalin jest wykorzystywana do wtrysku powietrza, który opuszczając cylindry z dużą prędkością, obraca koło turbiny turbosprężarki zamontowanej na tym samym wale z wirnikiem. Oprócz turbosprężarek stosowane są również doładowania mechaniczne, których korpusy robocze (koła pompowe) napędzane są z wału korbowego silnika za pomocą przekładni mechanicznej.

W celu lepszego napełnienia cylindrów mieszaniną palną (silniki benzynowe) lub czystym powietrzem (silniki wysokoprężne), a także pełniejszego oczyszczenia spalin, zawory powinny otwierać się i zamykać nie wtedy, gdy tłoki znajdują się w GMP i BDC, ale z pewnym wyprzedzeniem lub opóźnieniem. Czasy otwierania i zamykania zaworów, wyrażone w stopniach przez kąty obrotu wału korbowego względem GMP i BDC, nazywane są rozrządami zaworowymi i można je przedstawić w postaci wykresu kołowego.

Zawór wlotowy zaczyna się otwierać podczas suwu wydechu w poprzednim cyklu roboczym, gdy tłok nie osiągnął jeszcze GMP. W tym czasie spaliny wychodzą przez rurę wydechową, a dzięki bezwładności przepływu porywają świeże cząstki ładunku z otwartej rury wlotowej, które zaczynają napełniać cylinder nawet przy braku w nim próżni. Zanim tłok dotrze do GMP i zacznie się przesuwać w dół, zawór wlotowy jest już w znacznym stopniu otwarty, a cylinder jest szybko napełniany nowym ładunkiem. Kąt wyprzedzenia otwarcia zaworu ssącego dla różnych silników waha się od 9...33 °. Zawór wlotowy zamknie się, gdy tłok przejdzie przez BDC i zacznie poruszać się w górę podczas suwu sprężania. Do tego czasu świeży ładunek napełnia butlę bezwładnością. Kąt p opóźnienia zamknięcia zaworu dolotowego zależy od modelu silnika i wynosi 40...85 °.

Ryż. Rozrząd silnika czterosuwowego:
a - kąt wyprzedzenia otwarcia zaworu wlotowego; p - kąt opóźnienia zamknięcia zaworu wlotowego; y jest kątem wyprzedzenia otwarcia zaworu wydechowego; b - kąt opóźnienia zamknięcia zaworu wydechowego

Zawór wydechowy otwiera się podczas suwu, gdy tłok nie osiągnął jeszcze BDC. W tym przypadku zmniejsza się praca tłoka potrzebna do przemieszczenia spalin, kompensując pewną utratę pracy gazów spowodowaną przedwczesnym otwarciem zaworu wydechowego. Kąt wyprzedzenia otwarcia zaworu wydechowego Y wynosi 40 ... 70 °. Zawór wydechowy zamyka się nieco później niż przybycie tłoka do GMP, tj. podczas suwu ssania następnego cyklu roboczego. Gdy tłok zacznie opadać, pozostałe gazy nadal będą opuszczać cylinder przez bezwładność. Kąt 5 opóźnienia zamknięcia zaworu wydechowego wynosi 9 ... 50 °.

Kąt a + 5, pod którym zawory dolotowy i wydechowy są jednocześnie lekko otwarte, nazywany jest kątem zachodzenia na siebie zaworów. Ze względu na to, że ten kąt i szczeliny między zaworami a ich gniazdami są w tym przypadku niewielkie, praktycznie nie dochodzi do wycieku ładunku z cylindra. Ponadto świeży ładunek w cylindrze jest polepszany dzięki wysokiemu przepływowi spalin przez zawór wydechowy.

Kąty wyprzedzenia i opóźnienia, a co za tym idzie czas otwarcia zaworu, powinny być tym większe, im wyższa jest prędkość obrotowa silnika. Wynika to z faktu, że w silnikach szybkoobrotowych wszystkie procesy wymiany gazowej zachodzą szybciej, a bezwładność gazów doładowanych i spalinowych nie zmienia się.

Ryż. Schemat ideowy silnika turbogazowego:
1 - sprężarka; 2 - komora spalania; 3 - turbina sprężarki; 4 - turbina energetyczna; M to moment obrotowy przenoszony na przekładnię maszyny

Na rysunku przedstawiono zasadę działania silnika turbogazowego (GTE). Powietrze z atmosfery jest zasysane przez sprężarkę 2, sprężane w niej i dostarczane do komory spalania 2, gdzie przez dyszę podawane jest również paliwo. W tej komorze proces spalania paliwa odbywa się pod stałym ciśnieniem. Gazowe produkty spalania podawane są do sprężarki turbiny 3, gdzie część ich energii zużywana jest na napędzanie sprężarki, która pompuje powietrze. Pozostała część energii gazów zamieniana jest na mechaniczną pracę obrotową turbiny swobodnej lub napędowej 4, która jest połączona poprzez przekładnię z przekładnią maszyny. W takim przypadku rozprężanie gazu następuje w turbinie sprężarkowej i turbinie swobodnej wraz ze spadkiem ciśnienia od wartości maksymalnej (w komorze spalania) do atmosferycznego.

Części robocze silnika turbogazowego, w przeciwieństwie do podobnych elementów silnika tłokowego, są stale narażone na działanie wysokich temperatur. Dlatego, aby ją zmniejszyć, konieczne jest dostarczenie do komory spalania GTE znacznie większej ilości powietrza niż jest to wymagane do procesu spalania.

Silniki z zapłonem wewnętrznym

Rozszerzalność termiczna

Tłokowe silniki spalinowe

Klasyfikacja ICE

Podstawy urządzenia tłokowych silników spalinowych

Zasada działania

Zasada działania czterosuwowego silnika gaźnikowego

Zasada działania czterosuwowego silnika wysokoprężnego

Zasada działania silnika dwusuwowego

Cykl pracy silnika czterosuwowego

Cykle pracy silników dwusuwowych

WSKAŹNIKI CHARAKTERYZUJĄCE OSIĄGI SILNIKA

Średnie wskazywane ciśnienie i wskazywana moc

Moc efektywna i średnie ciśnienia efektywne

Sprawność wskaźnika i określony wskaźnik zużycia paliwa

Efektywna wydajność i określone efektywne zużycie paliwa

Bilans cieplny silnika

Innowacje

Pierwszy skok - spożycie:

Rys. 9 Pierwszy skok - ssanie

Trzeci cykl - skok roboczy (główny)

Czwarty takt - zwolnienie

Podczas tego procesu zawór wlotowy jest zamknięty, a zawór wylotowy jest otwarty. Tłok poruszając się od dołu do góry (od BDC do GMP) wypycha spaliny pozostające w cylindrze po spaleniu i rozprężeniu przez otwarty zawór wydechowy do kanału wydechowego (rys. 12)

ICE można podzielić na kilka kategorii

Urządzenie ICE

Zasada działania silnika spalinowego

Silniki z zapłonem wewnętrznym

Rozważ cykl pracy silnika benzynowego.

Przeczytaj także