Принцип работы ДВС. Рабочие циклы двигателя внутреннего сгорания.

Существует несколько различных типов двигателей, при этом на колесном, гусеничном, водном и даже иногда воздушном транспорте (грузовые и легковые авто, спецтехника, моторные лодки, самолеты и т.п.), нередко можно встретить двигатель внутреннего сгорания (ДВС).

Двигатели внутреннего сгорания бывают бензиновыми и дизельными, также могут успешно работать на газу и даже на водороде (водородный двигатель внутреннего сгорания). Еще моторы отличаются по конструкции, компоновке, бывают двухтактными и четырехтактными.

Так или иначе, широкое распространение силовой агрегат данного типа получил благодаря своей автономности, универсальности, а также целому ряду других преимуществ. При этом агрегаты имеют много различных параметров и характеристик, среди которых стоит отдельно выделить рабочий цикл. Далее мы поговорим о том, что означает рабочий цикл автомобильного двигателя внутреннего сгорания.

Что такое 2 тактный мотор?

2-х тактный двигатель – разновидность поршневого двигателя, в котором рабочий процесс совершается за два хода поршня. У такого двигателя всего 2 такта, такт сжатия и такт рабочего хода. Причем очистка и наполнения цилиндра горючий смеси осуществляется не отдельными тактами, как в 4-х тактном двигателя, а совместными.

Интересные материалы:

Как на ноутбуке сделать арабские цифры? Как на самсунге м31 сделать запись экрана? Как на самсунге сделать блокировку только незнакомых номеров? Как на самсунге сделать поворот экрана? Как на сони иксперия сделать скриншот экрана? Как на телефоне Дексп сделать скриншот? Как на виндовс 10 сделать скриншот области экрана? Как на виндовс сделать экран ярче? Как на Xiaomi сделать вспышку при звонке? Как написать заявление чтобы сделали детскую площадку?

Как работает четырехтактный двигатель

Конструктивно рабочий цикл типового четырехтактного агрегата обеспечивается работой следующих элементов:

• цилиндр;
• поршень – выполняет возвратно-поступательные движения внутри цилиндра;
• клапан впуска – управляет процессом подачи топливовоздушной смеси в камеру сгорания;
• клапан выпуска – управляет процессом выброса отработавших газов из цилиндра;
• свеча зажигания – осуществляет воспламенение образовавшейся топливовоздушной смеси;
• коленчатый вал;
• распределительный вал – управляет открытием и закрытием клапанов;
• ременной или цепной привод;
• кривошипно-шатунный механизм – переводит движение поршня во вращение коленчатого вала.

Рабочий цикл четырехтактного двигателя
Рабочий цикл такого механизма состоит из четырех тактов, в ходе которых реализуются следующие процессы:

1. Впуск (нагнетание топлива и воздуха). В начале цикла поршень находится в ВМТ. В момент, когда коленвал начинает вращаться, он воздействует на поршень и переводит его в НМТ. Это приводит к образованию разрежения в камере цилиндра. Распредвал воздействует на клапан впуска, постепенно открывая его. Когда поршень оказывается в крайнем положении клапан полностью открыт, в результате чего происходит интенсивное нагнетание топлива и воздуха в камеру цилиндра.
2. Сжатие (увеличение давления горючей смеси). На втором этапе поршень начинает обратное перемещение к верхней мертвой точке такта сжатия. Коленвал совершает еще один поворот, а оба клапана полностью закрыты. Внутреннее давление увеличивается до величины 1,8 МПа и повышается температура горючей смеси до 600 С°.
3. Расширение (рабочий ход). При достижении верхней позиции поршнем в камере сгорания устанавливается максимальная компрессия до 5 МПа и срабатывает свеча зажигания. Это приводит к возгоранию смеси и увеличению температуры до 2500 С°. Давление и температура приводят к интенсивному воздействию на поршень, и он начинает вновь перемещаться к НМТ. Коленвал совершает еще поворот, и таким образом, тепловая энергия переходит в полезную работу. Распредвал открывает выпускной клапан, и при достижении поршнем НМТ он полностью раскрыт. В результате отработавшие газы начинают постепенно выходить из камеры, а давление и температура снижаются.
4. Выпуск (удаление отработавших газов). Коленвал двигателя поворачивается, и поршень начинает движение в верхнюю точку. Это приводит к выталкиванию отработавших газов и еще большему снижению температуры и уменьшению давления до 0,1 МПа. Далее, начинается новый цикл, в ходе которого указанные процессы вновь повторяются.

В ходе каждого такта коленчатый вал двигателя совершает поворот на 180°. За полный рабочий цикл коленвал поворачивается на 720°.

Четырехтактный двигатель получил широкое распространение. Он может работать как с бензином, так и с дизельным топливом. Отличием рабочего цикла для дизеля является то, что воспламенение топливовоздушной смеси происходит не от искры, а от высокого давления и температуры в конечной точке такта сжатия.

Информация о происхождении

При выборе имени для ребенка родители могут уделять внимание каждой мелочи. Их интересует не только то, какое влияние на судьбу окажет тот или иной способ наречь малыша

В поле внимания попадают история имени, существующие версии его происхождения и даже редкость использования.

О происхождении и значении имени Элиана есть несколько версий. Среди них выделяются три основных. Каждая предлагает свою интерпретацию того, откуда появилось это женское имя.

Первая базируется на римском происхождении и значении имени Элиана. История говорит о том, что оно образовалось от родового либо же личного прозвища Aelianus. В свою очередь, это прозвище берет корни от греческого слова «хелиос». В этом случае имя несет в себе смысл «солнечная», что делает его несколько родственным по отношению к Елене.

Во второй версии указывается, что имя Элиана имеет еврейское происхождение. В таком варианте перевод звучит как «Бог ответил мне» либо же «мой Бог – моя семья».

Третья версия того, откуда берет свое начало значение имени Элиана, является французской. Согласно этой теории, у слова есть два перевода. Первый звучит как «дочь солнца», что частично пересекается с греко-римской теорией. Во втором же варианте — как «доброго времени суток».

Расширенная классификация термометров

Оговоримся, что в рамках обзора не отделяем от темы пирометры. Это чуть иной класс приборов, активно используется для аналогичных целей, что и датчики температуры. Итак, принято различать:

Термометры расширения. Базируются на способности тел менять геометрические размеры:

1. Стеклянные жидкостные термометры — за окном. Уже считаются датчиками температуры. Чаще в качестве жидкости используется ртуть по ряду причин: сохраняет агрегатное состояние в широком диапазоне условий окружающей среды, не смачивает стекло, легко извлекается из природных компонентов. К недостаткам относятся токсичность, малый коэффициент температурного расширений и застывание уже при минус 35 градусах Цельсия. Это напоминает о пользе спиртовых термометров.
2. Манометрические термометры основаны на зависимости давления паров вещества в рабочей камере от температуры. Подобные системы охотно применяются в качестве термостатов стареньких холодильников, где нет электроники. Плюсы: система не нуждается в питании электрическим током, что сильно упрощает конструкцию прибора. Эти температурные датчики размещаются в районе испарителя, через трубку соединяются с регулятором (находится в холодильном отсеке), где стоит реле.

Термометрические датчики и термометры сопротивления включают в состав термопары и термисторы. Это избитая тема, коснёмся чуть ниже. В качестве материалов для указанных датчиков температуры применяются металлы, полупроводники, прочие классы таблицы Менделеева.

Термометр сопротивления

В чем заключаются главные отличия?

Особенности функционирования требуют рассмотрения в первую очередь, чтобы сравнение было правильным:

• В дизельных движках топливовоздушная смесь формируется гораздо быстрее, если сравнивать с агрегатом, работающим на бензине. В цилиндрах таких двигателей сдавливается только воздух, температура которого соответствует примерно 900 градусам. Бензин подается отдельно в отделение для последующего сгорания. Мелкие фрагменты солярки испаряются в ускоренном режиме и соединяются с воздушной массой. Благодаря достаточно высокому температурному воздействию, образовавшаяся смесь легко воспламеняется без необходимости поджога при помощи искры. Такие моторы расходуют значительно меньше масла.
• Воздух и горючее в бензиновых движках комбинируется в специально разработанном спускном коллекторе, после чего топливо попадает в отсек для дальнейшего сжигания. Когда завершается такт сжатия, выполняется финальный этап образования топливовоздушного состава и ее последующее распространение по всем отсекам цилиндра. После сдавливания полученная смесь достигает температуры примерно 500 градусов, а затем выполняется процедура ее воспламенения с использованием свечи.

Крутящий момент и лошадиная сила

Автолюбители нередко дискутируют друг с другом: чей двигатель мощнее. Но иногда и не представляют при этом, из чего складывается данный параметр. Общепринятый термин «лошадиная сила» был введён изобретателем Джеймсом Уаттом в XVIII веке. Он придумал его, наблюдая за лошадью, которая была запряжена в поднимающий уголь из шахты механизм. Он рассчитал, что одна лошадь за минуту может поднять 150 кг угля на высоту 30-ти метров. Одна лошадиная сила эквивалентна 735,5 Ватт, или 1 кВт равен 1,36 л.с.

В первую очередь, мощность любого мотора оценивают в лошадиных силах, и лишь потом вспоминают о крутящем моменте. Но эта тяговая характеристика тоже даёт представление о конкретных тягово-динамических возможностях автомобиля. Крутящий момент является показателем работы силового агрегата, а мощность – основным параметром выполнения этой работы. Эти показатели тесно связаны друг с другом. Чем больше производится двигателем лошадиных сил, тем больше и потенциал крутящего момента. Реализуется этот потенциал в реальных условиях через трансмиссию и полуоси машины. Соединение этих элементов вместе и определяет, как именно мощность может переходить в крутящий момент.

Простейший пример – сравнение трактора с гоночной машиной. У гоночного болида лошадиных сил много, но крутящий момент требуется для увеличения скорости через редуктор. Чтобы такая машина двигалась вперёд, надо совсем немного работы, потому что основная часть мощности используется для развития скорости.

Что касается трактора, то у него может быть мотор с таким же рабочим объёмом, который вырабатывает столько же лошадиных сил. Но мощность в этом случае используется не для развития скорости, а для выработки тяги (См. тяговый класс). Для этого она пропускается через многоступенчатую трансмиссию. Поэтому трактор не развивает высоких скоростей, зато он может буксировать большие грузы, пахать и культивировать землю, и т.д.

В двигателях внутреннего сгорания сила передаётся от газов сгорающего топлива поршню, от поршня – передаётся на кривошипный механизм, и далее на коленчатый вал. А коленвал, через трансмиссию и приводы, раскручивает колёса.

Естественно, крутящий момент двигателя не постоянен. Он сильней, когда на плечо действует бо́льшая сила, и слабей – когда сила слабнет или перестаёт действовать. То есть, когда водитель давит на педаль газа, то сила, воздействующая на плечо, повышается, и, соответственно увеличивается крутящий момент двигателя.

Мощность обеспечивает преодоление всевозможных сил, которые мешают двигаться автомобилю. Это и сила трения в двигателе, трансмиссии и в приводах автомобиля, и аэродинамические силы, и силы качения колёс и т.д. Чем больше мощность, тем большее сопротивление сил машина сможет преодолеть и развить большую скорость. Однако мощность – сила не постоянная, а зависящая от оборотов мотора. На холостом ходу мощность одна, а на максимальных оборотах – совершенно другая. Многими автопроизводителями указывается, при каких оборотах достигается максимально возможная мощность автомобиля.

Необходимо учитывать, что максимальная мощность не развивается сразу. Автомобиль стартует с места практически при минимальных оборотах (немного выше холостого хода), и для того, чтобы отмобилизировать полную мощность, требуется время. Тут и вступает в дело крутящий момент двигателя. Именно от него и будет зависеть, за какой отрезок времени автомашина достигнет своей максимальной мощности – то есть, динамика её разгона.

Зачастую водитель сталкивается с такими ситуациями, когда требуется придать автомобилю значительное ускорение для выполнения необходимого маневра. Прижимая педаль акселератора в пол, он чувствует, что автомобиль ускоряется слабо. Для быстрого ускорения нужен мощный крутящий момент. Именно он и характеризует приёмистость автомобиля.

Основную силу в двигателе внутреннего сгорания вырабатывает камера сгорания, в которой воспламеняется топливно-воздушная смесь. Она приводит в действие кривошипно-шатунный механизм, а через него – коленчатый вал. Рычагом является длина кривошипа, то есть, если длина будет больше, то и крутящий момент тоже увеличится.

Однако увеличивать кривошипный рычаг до бесконечности невозможно. Ведь тогда придётся увеличивать рабочий ход поршня, а вместе с ним и размеры двигателя. При этом уменьшатся и обороты двигателя. Двигатели с большим рычагом кривошипного механизма можно применить только лишь в крупномерных плавательных средствах. А в легковых автомашинах с небольшими размерами коленчатого вала не поэкспериментируешь.

Операция — рабочий цикл

Операции рабочего цикла регулируются автоматически с помощью реле времени, без применения ручного труда.  

Каждая операция рабочего цикла задается одной командой.  

Четыре операции рабочего цикла автоматически регулируются реле времени. Обычно для расчета материального баланса требуется около 30 циклов, за это время удается собрать продукты крекинга в количествах, достаточных для определения всех компонентов. Температура регулируется автоматическими точечными устройствами ( для ввода термопар используют обычные карманы) и автоматически регистрируется. В каждом реакторе установлены две термопары в нижней и верхней зоне слоя катализатора. Данные измерения температур на этих двух участках показывают, достаточно ли хорошо перемешивается слой катализатора.  

Из всех операций рабочего цикла центрифуги наибольшую мощность потребляет Выгрузка. При этом мощность расходуется на преодоление сил инерции и сцепления частиц вращающегося слоя осадка, направляемых механизмом среза на выгрузку. Наименьшая нагрузка наблюдается при операции Просушка, когда мощность расходуется в основном на вентиляционные потери и в незначительной степени — на трение в подшипниках.  

Благодаря этому всеми операциями рабочего цикла управляют с помощью двух рукояток, расположенных по обе стороны от рулевого колеса в зоне действия рук машиниста. Конструкция рукояток позволяет перемещать их не только вперед-назад и вправо-влево, но и в любом другом направлении. При перемещении рычага по диагонали одновременно включаются два золотника гидрораспределителей и два рабочих движения в цикле совмещаются во времени.  

Рабочий процесс экскаватора включает операции рабочего цикла и операцию передвижения машины, которая производится после того, как с места стоянки станет невозможно или неудобно разрабатывать грунт.  

В зависимости от последовательности операций рабочего цикла формируется процесс нагружения двигателя одноковшового экскаватора. Изложенные в специальной литературе методы позволяют определить среднюю мощность, снимаемую с коленчатого вала двигателя на протяжении каждой из операций рабочего цикла.  

Она имеет ряд устройств, позволяющих автоматизировать большинство операций рабочего цикла, в частности подачу труб на участок контроля, ее вращение в процессе контроля и вывод трубы после окончания контроля на стеллаж.  

Машины этого типа характеризуются непрерывностью вращения, периодичностью операций рабочего цикла и автоматизацией этих операций. Загрузка центрифуги, самый процесс фугования, промывка, съем и выгрузка осадка производятся строго периодически, через определенные промежутки времени; продолжаются они также определенное время и управляются специальной системой автоматики, которая управляет всеми операциями и контролирует их. Функции рабочего сводятся исключительно к пуску машины, которая может затем работать не останавливаясь неопределенно долгое время.  

Передовые крановщики при погрузке и выгрузке контейнеров широко совмещают операции рабочего цикла крана. Одновременно с перемещением контейнера в поперечном или продольном направлении выполняется подъем или опускание контейнера до высоты, обеспечивающей безопасность дальнейшего передвижения. При работе козловых и мостовых кранов так же, как и при работе стреловых кранов, применяется совмещенный способ погрузки-выгрузки. Для совмещения отдельных операций в рабочем цикле целесообразно применять способ параллельной обработки платформ и автомобилей. Для этого автомобили подходят к определенным участкам, а кран, двигаясь по фронту, одновременно обрабатывает платформы и автомобили. Простой отдельных автомобилей несколько увеличивается, но средний простой автомобилей на контейнерной площадке сокращается.  

Протяжка отводом может производиться с одним и тремя сердечниками. Все операции рабочего цикла — загрузка, подача труб-заготовок, съем отводов с сердечника — производятся механизированным путем.  

Внедряя в экскаваторные работы метод лауреата Сталинской премии Ф. Л. Ковалева, можно добиться больших успехов в повышении производительности машины. Различные стахановцы выполняют операции рабочего цикла экскаватора разными приемами, поэтому продолжительность и эффективность этих операций у разных экскаваторщиков не одинакова. Ковалева позволяет отобрать, изучить и внедрить только лучшие приемы стахановцев и тем самым достичь наибольшей производительности труда.  

Естествознание. 11 класс

Конспект урока

Естествознание, 11 класс

Урок 9. Устройство тепловых двигателей

Перечень вопросов, рассматриваемых в теме:

• На какие типы делятся реальные тепловые двигатели?
• Каковы основные узлы тепловых двигателей, и какие функции они выполняют?
• По каким критериям оцениваются тепловые двигатели?

Глоссарий по теме

:

Ве́рхняя мёртвая то́чка

(ВМТ) — положение поршня в цилиндре двигателя внутреннего сгорания, соответствующее максимальному расстоянию между любой точкой поршня и осью вращения коленчатого вала (условно начальное положение коленчатого вала, ноль градусов поворота кривошипа).

Нижняя мёртвая то́чка

— положение поршня в цилиндре, соответствующее минимальному расстоянию между любой точкой поршня и осью вращения коленчатого вала.

Ход поршня, при котором газ не совершает работы, называется холостым ходом

.

Рабочий ход

– ход поршня под давлением газов, образующихся при сгорании рабочей смеси, движущийся от В.М.Т. (верхней мертвой точки) к Н.М.Т. (нижней мертвой точке).

Конструктивные особенности

Помимо различий в принципе работы у этих моторов еще и существуют конструктивные особенности.

2-тактный двигатель конструктивно проще. Механизм газораспределения – это дополнительное оснащение мотора, которое усложняет конструкцию.

У 2-тактного мотора этот механизм отсутствует и его роль выполняет поршень, открывая и закрывая те или иные окна.

Помимо этого, данный двигатель не нуждается в системе смазки. Обусловлено это тем, что в процессе работы задействовано и подпоршневое пространство, где располагается колен. вал.

Но поскольку кривошипно-шатунный механизм требует смазки, то у этого двигателя она производится вместе с топливом, то есть моторное масло добавляет в топливо, и при поступлении топлива в это пространство, имеющееся масло смазывает механизм.

У 4-тактных двигателей конструкция включает и механизм газораспределения, и отдельную систему смазки.

Это значительно усложняет конструкцию, однако эти двигателя являются более приоритетными, чем двухтактные из-за ряда эксплуатационных недостатков последних.