आंतरिक दहन इंजन का पिस्टन: उपकरण, उद्देश्य, संचालन का सिद्धांत। रोटरी पिस्टन इंजन (वेंकेल इंजन) पिस्टन इंजन का संचालन

• कनेक्टिंग रॉड में यांत्रिक बलों के हस्तांतरण को सुनिश्चित करता है;
• ईंधन दहन कक्ष को सील करने के लिए जिम्मेदार है;
• दहन कक्ष से अतिरिक्त गर्मी को समय पर हटाने को सुनिश्चित करता है

पिस्टन का काम कठिन और कई तरह से खतरनाक परिस्थितियों में होता है - ऊंचे तापमान और बढ़े हुए भार पर, इसलिए यह विशेष रूप से महत्वपूर्ण है कि इंजन के लिए पिस्टन दक्षता, विश्वसनीयता और पहनने के प्रतिरोध से प्रतिष्ठित हैं। यही कारण है कि उनके उत्पादन के लिए हल्की लेकिन भारी शुल्क वाली सामग्री का उपयोग किया जाता है - गर्मी प्रतिरोधी एल्यूमीनियम या स्टील मिश्र धातु। पिस्टन दो तरीकों से बनाया जाता है - कास्टिंग या स्टैम्पिंग।

पिस्टन डिजाइन

इंजन पिस्टन में काफी सरल डिज़ाइन होता है, जिसमें निम्नलिखित भाग होते हैं:

वोक्सवैगन एजी

1. आईसीई पिस्टन हेड
2. पिस्टन पिन
3. रिटेनिंग रिंग
4. मालिक
5. कनेक्टिंग छड़
6. स्टील डालने
7. संपीड़न अंगूठी एक
8. दूसरा संपीड़न रिंग
9. तेल खुरचनी की अंगूठी

ज्यादातर मामलों में पिस्टन की डिजाइन विशेषताएं इंजन के प्रकार, उसके दहन कक्ष के आकार और उपयोग किए जाने वाले ईंधन के प्रकार पर निर्भर करती हैं।

तल

नीचे हो सकता है अलग आकारइसके द्वारा किए जाने वाले कार्यों के आधार पर - समतल, अवतल और उत्तल। तल का अवतल आकार दहन कक्ष का अधिक कुशल संचालन प्रदान करता है, हालांकि, यह ईंधन के दहन के दौरान अधिक जमा में योगदान देता है। नीचे का उत्तल आकार पिस्टन के प्रदर्शन में सुधार करता है, लेकिन साथ ही दहन प्रक्रिया की दक्षता को कम करता है ईंधन मिश्रणसदन में।

पिस्टन के छल्ले

नीचे पिस्टन के छल्ले स्थापित करने के लिए विशेष खांचे (खांचे) हैं। नीचे से पहली कम्प्रेशन रिंग तक की दूरी को फायरिंग ज़ोन कहा जाता है।

पिस्टन के छल्ले सिलेंडर और पिस्टन के बीच एक विश्वसनीय कनेक्शन के लिए जिम्मेदार हैं। वे सिलेंडर की दीवारों के लिए एक सुखद फिट के कारण विश्वसनीय जकड़न प्रदान करते हैं, जो एक तीव्र घर्षण प्रक्रिया के साथ होता है। घर्षण को कम करने के लिए इंजन ऑयल का उपयोग किया जाता है। पिस्टन के छल्ले कच्चा लोहा से बने होते हैं।

पिस्टन में स्थापित किए जा सकने वाले पिस्टन के छल्ले की संख्या उपयोग किए गए इंजन के प्रकार और उसके उद्देश्य पर निर्भर करती है। अक्सर, एक के साथ सिस्टम तेल खुरचनी की अंगूठीऔर दो संपीड़न के छल्ले (पहला और दूसरा)।

तेल खुरचनी की अंगूठी और संपीड़न के छल्ले

तेल खुरचनी की अंगूठी सिलेंडर की भीतरी दीवारों से अतिरिक्त तेल को समय पर हटाने को सुनिश्चित करती है, और संपीड़न के छल्ले गैसों को क्रैंककेस में प्रवेश करने से रोकते हैं।

पहले स्थित संपीड़न रिंग, पिस्टन ऑपरेशन के दौरान अधिकांश जड़त्वीय भार प्राप्त करता है।

कई इंजनों में भार को कम करने के लिए, कुंडलाकार खांचे में एक स्टील इंसर्ट लगाया जाता है, जिससे रिंग की ताकत और संपीड़न की डिग्री बढ़ जाती है। संपीड़न प्रकार के छल्ले एक कटआउट के साथ एक ट्रेपोजॉइड, बैरल, शंकु के रूप में बनाए जा सकते हैं।

ज्यादातर मामलों में तेल खुरचनी की अंगूठी तेल जल निकासी के लिए कई छेदों से सुसज्जित होती है, कभी-कभी वसंत विस्तारक के साथ।

पिस्टन पिन

यह एक ट्यूबलर हिस्सा है जो पिस्टन के कनेक्टिंग रॉड से विश्वसनीय कनेक्शन के लिए जिम्मेदार है। स्टील मिश्र धातु से बना है। मालिकों में पिस्टन पिन स्थापित करते समय, इसे विशेष रिटेनिंग रिंग के साथ कसकर तय किया जाता है।

पिस्टन, पिस्टन पिन और रिंग मिलकर तथाकथित इंजन पिस्टन समूह बनाते हैं।

स्कर्ट

पिस्टन डिवाइस का गाइड भाग, जिसे शंकु या बैरल के रूप में बनाया जा सकता है। पिस्टन स्कर्ट पिस्टन पिन से जुड़ने के लिए दो बॉस से लैस है।

घर्षण के नुकसान को कम करने के लिए, स्कर्ट की सतह पर एक एंटीफ्रिक्शन एजेंट की एक पतली परत लगाई जाती है (अक्सर ग्रेफाइट या मोलिब्डेनम डाइसल्फ़ाइड का उपयोग किया जाता है)। स्कर्ट का निचला हिस्सा तेल खुरचनी की अंगूठी से सुसज्जित है।

पिस्टन डिवाइस के संचालन के लिए एक अनिवार्य प्रक्रिया इसकी शीतलन है, जिसे निम्नलिखित विधियों द्वारा किया जा सकता है:

• कनेक्टिंग रॉड या नोजल में छेद के माध्यम से तेल का छिड़काव;
• पिस्टन सिर में कुंडल के साथ तेल की आवाजाही;
• कुंडलाकार चैनल के माध्यम से छल्ले के क्षेत्र में तेल की आपूर्ति;
• तेल धुंध

सीलिंग भाग

सीलिंग भाग और नीचे पिस्टन हेड के रूप में जुड़े हुए हैं। डिवाइस के इस हिस्से में पिस्टन के छल्ले होते हैं - तेल खुरचनी और संपीड़न। अंगूठियों के चैनलों में छोटे छेद होते हैं जिनके माध्यम से प्रयुक्त तेल पिस्टन में प्रवेश करता है और फिर क्रैंककेस में बह जाता है।

सामान्य इंजन पिस्टन अन्तः ज्वलनसबसे भारी भार वाले भागों में से एक है, जो मजबूत गतिशील और एक ही समय में थर्मल प्रभावों के अधीन है। यह पिस्टन के उत्पादन में प्रयुक्त सामग्री और उनके निर्माण की गुणवत्ता दोनों पर बढ़ी हुई आवश्यकताओं को लागू करता है।

रोटरी पिस्टन इंजन(RPD), या Wankel इंजन। वाल्टर फ्रायड के सहयोग से 1957 में फेलिक्स वेंकेल द्वारा विकसित आंतरिक दहन इंजन। RPD में, पिस्टन का कार्य तीन-शीर्ष (त्रिफलक) रोटर द्वारा किया जाता है, जो एक जटिल आकार की गुहा के अंदर घूर्णी गति करता है। बीसवीं सदी के 60 और 70 के दशक में कारों और मोटरसाइकिलों के प्रयोगात्मक मॉडल की एक लहर के बाद, आरपीडी में रुचि कम हो गई है, हालांकि कई कंपनियां अभी भी वेंकेल इंजन के डिजाइन में सुधार पर काम कर रही हैं। वर्तमान में, आरपीडी यात्री कारों से लैस हैं माजदा. रोटरी पिस्टन इंजन मॉडलिंग में आवेदन पाता है।

संचालन का सिद्धांत

जले हुए ईंधन-वायु मिश्रण से गैस का दबाव बल रोटर को चलाता है, जो सनकी शाफ्ट पर बीयरिंग के माध्यम से लगाया जाता है। मोटर आवास (स्टेटर) के सापेक्ष रोटर की गति गियर की एक जोड़ी के माध्यम से की जाती है, जिनमें से एक, बड़ा आकार, रोटर की आंतरिक सतह पर तय किया गया है, दूसरा, छोटा समर्थन, इंजन के साइड कवर की आंतरिक सतह से सख्ती से जुड़ा हुआ है। गियर की परस्पर क्रिया इस तथ्य की ओर ले जाती है कि रोटर दहन कक्ष की आंतरिक सतह के किनारों के संपर्क में, गोलाकार सनकी गति करता है। नतीजतन, रोटर और इंजन आवास के बीच चर मात्रा के तीन पृथक कक्ष बनते हैं, जिसमें ईंधन-वायु मिश्रण के संपीड़न की प्रक्रियाएं, इसका दहन, गैसों का विस्तार जो रोटर की कामकाजी सतह पर दबाव डालते हैं और निकास गैसों से दहन कक्ष की शुद्धि होती है। रोटर की घूर्णी गति बीयरिंगों पर लगे एक सनकी शाफ्ट को प्रेषित होती है और ट्रांसमिशन तंत्र को टॉर्क संचारित करती है। इस प्रकार, दो यांत्रिक जोड़े RPD में एक साथ काम करते हैं: पहला रोटर की गति को नियंत्रित करता है और इसमें गियर की एक जोड़ी होती है; और दूसरा - रोटर की सर्कुलर गति को सनकी शाफ्ट के घूर्णन में परिवर्तित करना। रोटर और स्टेटर गियर का गियर अनुपात 2:3 है, इसलिए सनकी शाफ्ट की एक पूर्ण क्रांति के लिए, रोटर के पास 120 डिग्री चालू करने का समय है। बदले में, इसके चेहरों द्वारा गठित तीन कक्षों में से प्रत्येक में रोटर की एक पूर्ण क्रांति के लिए, आंतरिक दहन इंजन का एक पूर्ण चार-स्ट्रोक चक्र किया जाता है।
आरपीडी योजना
1 - इनलेट विंडो; 2 आउटलेट खिड़की; 3 - शरीर; 4 - दहन कक्ष; 5 - निश्चित गियर; 6 - रोटर; 7 - गियर व्हील; 8 - शाफ्ट; 9 - स्पार्क प्लग

आरपीडी के लाभ

मुख्य लाभ रोटरी पिस्टन इंजनडिजाइन की सादगी है। RPD में फोर-स्ट्रोक पिस्टन इंजन की तुलना में 35-40 प्रतिशत कम पुर्जे होते हैं। RPD में पिस्टन, कनेक्टिंग रॉड्स नहीं होते हैं, क्रैंकशाफ्ट. आरपीडी के "क्लासिक" संस्करण में कोई गैस वितरण तंत्र नहीं है। ईंधन-हवा का मिश्रण इनलेट विंडो के माध्यम से इंजन की कार्यशील गुहा में प्रवेश करता है, जो रोटर के किनारे को खोलता है। निकास गैसों को निकास बंदरगाह के माध्यम से बाहर निकाला जाता है, जो फिर से रोटर के किनारे को पार करता है (यह दो स्ट्रोक पिस्टन इंजन के गैस वितरण उपकरण जैसा दिखता है)।
स्नेहन प्रणाली विशेष उल्लेख के योग्य है, जो आरपीडी के सबसे सरल संस्करण में व्यावहारिक रूप से अनुपस्थित है। ईंधन में तेल मिलाया जाता है - जैसा कि दो-स्ट्रोक मोटरसाइकिल इंजन के संचालन में होता है। घर्षण जोड़े (मुख्य रूप से रोटर और दहन कक्ष की कामकाजी सतह) ईंधन-वायु मिश्रण द्वारा ही चिकनाई की जाती है।
चूंकि रोटर का द्रव्यमान छोटा होता है और सनकी शाफ्ट के काउंटरवेट के द्रव्यमान से आसानी से संतुलित होता है, इसलिए RPD को निम्न स्तर के कंपन और संचालन की अच्छी एकरूपता से अलग किया जाता है। आरपीडी वाली कारों में, इंजन को संतुलित करना आसान होता है, जिससे कंपन का न्यूनतम स्तर प्राप्त होता है, जिसका समग्र रूप से कार के आराम पर अच्छा प्रभाव पड़ता है। ट्विन-रोटर इंजन विशेष रूप से सुचारू रूप से चलने वाले होते हैं, जिसमें रोटर स्वयं कंपन को कम करने वाले बैलेंसर के रूप में कार्य करते हैं।
RPD का एक और आकर्षक गुण इसकी उच्च विशिष्ट शक्ति है उच्च रेव्ससनकी शाफ्ट। यह आपको अपेक्षाकृत कम ईंधन खपत वाली आरपीडी वाली कार से उत्कृष्ट गति विशेषताओं को प्राप्त करने की अनुमति देता है। रोटर की कम जड़ता और पिस्टन आंतरिक दहन इंजन की तुलना में बढ़ी हुई विशिष्ट शक्ति कार की गतिशीलता में सुधार करती है।
अंत में, RPD का एक महत्वपूर्ण लाभ इसका छोटा आकार है। रोटरी इंजिनसमान शक्ति के पिस्टन फोर-स्ट्रोक इंजन से लगभग आधे से कम। और यह आपको अंतरिक्ष का बेहतर उपयोग करने की अनुमति देता है। इंजन डिब्बे, ट्रांसमिशन इकाइयों के स्थान और आगे और पीछे के धुरों पर भार की अधिक सटीक गणना करें।

आरपीडी के नुकसान

रोटरी पिस्टन इंजन का मुख्य नुकसान रोटर और दहन कक्ष के बीच गैप सील की कम दक्षता है। एक जटिल आकार वाले आरपीडी रोटर को न केवल किनारों के साथ विश्वसनीय मुहरों की आवश्यकता होती है (और उनमें से प्रत्येक सतह पर चार होते हैं - दो शीर्ष के साथ, दो साइड चेहरे के साथ), बल्कि इंजन कवर के संपर्क में साइड सतह के साथ भी . इस मामले में, सील उच्च-मिश्र धातु स्टील के स्प्रिंग-लोडेड स्ट्रिप्स के रूप में बनाए जाते हैं, विशेष रूप से काम करने वाली सतहों और सिरों दोनों के सटीक प्रसंस्करण के साथ। सील के डिजाइन में शामिल हीटिंग से धातु के विस्तार के लिए भत्ते उनकी विशेषताओं को खराब करते हैं - सीलिंग प्लेटों के अंत वर्गों में गैस की सफलता से बचना लगभग असंभव है (पिस्टन इंजन में, भूलभुलैया प्रभाव का उपयोग किया जाता है, सीलिंग रिंगों को स्थापित करना विभिन्न दिशाओं में अंतराल)।
हाल के वर्षों में, मुहरों की विश्वसनीयता में नाटकीय रूप से वृद्धि हुई है। डिजाइनरों को मुहरों के लिए नई सामग्री मिली है। हालांकि अभी तक किसी सफलता के बारे में बात करने की जरूरत नहीं है। सील अभी भी आरपीडी की अड़चन हैं।
रोटर की जटिल सीलिंग प्रणाली को घर्षण सतहों के कुशल स्नेहन की आवश्यकता होती है। RPD फोर-स्ट्रोक पिस्टन इंजन (400 ग्राम से 1 किलोग्राम प्रति 1000 किलोमीटर) की तुलना में अधिक तेल की खपत करता है। इस मामले में, तेल ईंधन के साथ जलता है, जो इंजनों की पर्यावरण मित्रता पर प्रतिकूल प्रभाव डालता है। पिस्टन इंजनों की निकास गैसों की तुलना में आरपीडी की निकास गैसों में मानव स्वास्थ्य के लिए खतरनाक पदार्थ अधिक होते हैं।
आरपीडी में उपयोग किए जाने वाले तेलों की गुणवत्ता पर भी विशेष आवश्यकताएं लगाई जाती हैं। यह, सबसे पहले, पहनने की प्रवृत्ति (संपर्क भागों के बड़े क्षेत्र - रोटर और इंजन के आंतरिक कक्ष के कारण) के कारण होता है, और दूसरी बात, ओवरहीटिंग (फिर से, के कारण) बढ़ा हुआ घर्षणऔर इंजन के छोटे आकार के कारण ही)। आरपीडी के लिए अनियमित तेल परिवर्तन घातक हैं - चूंकि पुराने तेल में अपघर्षक कण नाटकीय रूप से इंजन पहनने और इंजन हाइपोथर्मिया को बढ़ाते हैं। एक ठंडा इंजन शुरू करना और अपर्याप्त वार्मिंग इस तथ्य की ओर ले जाता है कि दहन कक्ष और साइड कवर की सतह के साथ रोटर सील के संपर्क क्षेत्र में थोड़ा स्नेहन होता है। यदि अधिक गरम होने पर एक पिस्टन इंजन जब्त हो जाता है, तो आरपीडी सबसे अधिक बार एक ठंडे इंजन के शुरू होने के दौरान होता है (या ठंड के मौसम में ड्राइविंग करते समय, जब शीतलन अत्यधिक होता है)।
सामान्य तौर पर, RPD का ऑपरेटिंग तापमान पिस्टन इंजन की तुलना में अधिक होता है। सबसे अधिक ऊष्मीय रूप से तनावग्रस्त क्षेत्र दहन कक्ष है, जिसमें एक छोटी मात्रा होती है और तदनुसार, एक ऊंचा तापमान होता है, जिससे ईंधन-वायु मिश्रण को प्रज्वलित करना मुश्किल हो जाता है (आरपीडी दहन कक्ष के विस्तारित आकार के कारण विस्फोट के लिए प्रवण होते हैं, जिसे इस प्रकार के इंजन के नुकसान के लिए भी जिम्मेदार ठहराया जा सकता है)। इसलिए मोमबत्तियों की गुणवत्ता पर आरपीडी की सटीकता। आमतौर पर वे इन इंजनों में जोड़े में स्थापित होते हैं।
उत्कृष्ट शक्ति और गति विशेषताओं वाले रोटरी पिस्टन इंजन, पिस्टन वाले की तुलना में कम लचीले (या कम लोचदार) होते हैं। वे केवल पर्याप्त उच्च गति पर इष्टतम शक्ति देते हैं, जो डिजाइनरों को मल्टी-स्टेज गियरबॉक्स के साथ आरपीडी का उपयोग करने के लिए मजबूर करता है और डिजाइन को जटिल बनाता है। स्वचालित बक्सेगियर अंततः, आरपीडी उतने किफायती नहीं हैं जितने कि सिद्धांत रूप में होने चाहिए।

मोटर वाहन उद्योग में व्यावहारिक अनुप्रयोग

पिछली सदी के 60 के दशक के अंत और 70 के दशक की शुरुआत में आरपीडी का सबसे व्यापक रूप से उपयोग किया गया था, जब दुनिया के 11 प्रमुख वाहन निर्माताओं द्वारा वेंकेल इंजन के लिए पेटेंट खरीदा गया था।
1967 में, जर्मन कंपनी NSU ने एक धारावाहिक का निर्माण किया एक कारबिजनेस क्लास एनएसयू आरओ 80। यह मॉडल 10 वर्षों के लिए तैयार किया गया था और दुनिया भर में 37204 प्रतियों की मात्रा में बेचा गया था। कार लोकप्रिय थी, लेकिन इसमें स्थापित आरपीडी की कमियों ने अंत में इस अद्भुत कार की प्रतिष्ठा को बर्बाद कर दिया। टिकाऊ प्रतिस्पर्धियों की पृष्ठभूमि के खिलाफ, एनएसयू आरओ 80 मॉडल "पीला" दिखता था - माइलेज तक था ओवरहालघोषित 100 हजार किलोमीटर वाला इंजन 50 हजार से अधिक नहीं था।
कंसर्न सिट्रोएन, माज़दा, वीएजेड ने आरपीडी के साथ प्रयोग किया। माज़दा ने सबसे बड़ी सफलता हासिल की, जिसने एनएसयू आरओ 80 की शुरुआत से चार साल पहले 1963 में आरपीडी के साथ अपनी यात्री कार लॉन्च की थी। आज, माज़दा आरपीडी के साथ आरएक्स श्रृंखला स्पोर्ट्स कारों को लैस कर रही है। आधुनिक कारें Mazda RX-8 फेलिक्स वांकेल RPD की कई कमियों से मुक्त है। वे काफी पर्यावरण के अनुकूल और विश्वसनीय हैं, हालांकि उन्हें कार मालिकों और मरम्मत विशेषज्ञों के बीच "मकर" माना जाता है।

मोटरसाइकिल उद्योग में व्यावहारिक अनुप्रयोग

70 और 80 के दशक में, कुछ मोटरसाइकिल निर्माताओं ने आरपीडी - हरक्यूलिस, सुजुकी और अन्य के साथ प्रयोग किया। वर्तमान में, "रोटरी" मोटरसाइकिलों का छोटे पैमाने पर उत्पादन केवल नॉर्टन में स्थापित किया गया है, जो NRV588 मॉडल का उत्पादन करता है और सीरियल उत्पादन के लिए NRV700 मोटरसाइकिल तैयार कर रहा है।
नॉर्टन NRV588 एक ट्विन-रोटर इंजन से लैस एक स्पोर्टबाइक है, जिसकी कुल मात्रा 588 क्यूबिक सेंटीमीटर है और यह 170 की शक्ति विकसित कर रहा है। अश्व शक्ति. 130 किलो की मोटरसाइकिल के सूखे वजन के साथ, एक स्पोर्टबाइक का शक्ति-से-वजन अनुपात सचमुच निषेधात्मक लगता है। इस मशीन का इंजन वैरिएबल इनटेक ट्रैक्ट और इलेक्ट्रॉनिक फ्यूल इंजेक्शन सिस्टम से लैस है। NRV700 मॉडल के बारे में केवल इतना ही पता है कि इस स्पोर्टबाइक की RPD पावर 210 hp तक पहुंच जाएगी।

जैसा कि ऊपर उल्लेख किया गया है, आंतरिक दहन इंजनों में थर्मल विस्तार का उपयोग किया जाता है। लेकिन इसे कैसे लागू किया जाता है और यह क्या कार्य करता है, हम एक पिस्टन आंतरिक दहन इंजन के संचालन के उदाहरण का उपयोग करने पर विचार करेंगे। इंजन एक ऊर्जा-शक्ति मशीन है जो किसी भी ऊर्जा को यांत्रिक कार्य में परिवर्तित करती है। जिन इंजनों में तापीय ऊर्जा के रूपांतरण के परिणामस्वरूप यांत्रिक कार्य का निर्माण होता है, उन्हें ऊष्मीय कहा जाता है। किसी भी ईंधन को जलाने से तापीय ऊर्जा प्राप्त होती है। एक ऊष्मा इंजन जिसमें कार्यशील गुहा में जलने वाले ईंधन की रासायनिक ऊर्जा का हिस्सा यांत्रिक ऊर्जा में परिवर्तित हो जाता है, एक पारस्परिक आंतरिक दहन इंजन कहलाता है। (सोवियत विश्वकोश शब्दकोश)

3. 1. आंतरिक दहन इंजनों का वर्गीकरण

जैसा कि ऊपर उल्लेख किया गया है, कारों के बिजली संयंत्रों के रूप में, सबसे व्यापक रूप से उपयोग किए जाने वाले आंतरिक दहन इंजन हैं, जिसमें गर्मी की रिहाई के साथ ईंधन के दहन की प्रक्रिया और यांत्रिक कार्य में इसका परिवर्तन सीधे सिलेंडर में होता है। लेकिन अधिकांश आधुनिक कारों में, आंतरिक दहन इंजन स्थापित होते हैं, जिन्हें विभिन्न मानदंडों के अनुसार वर्गीकृत किया जाता है: मिश्रण बनाने की विधि से - बाहरी मिश्रण बनाने वाले इंजन, जिसमें दहनशील मिश्रण सिलेंडर (कार्बोरेटर और गैस) के बाहर तैयार किया जाता है, और आंतरिक मिश्रण बनाने वाले इंजन (सिलेंडर के अंदर काम करने वाला मिश्रण बनता है) -डीजल; कार्य चक्र के कार्यान्वयन की विधि के अनुसार - चार-स्ट्रोक और दो-स्ट्रोक; सिलेंडरों की संख्या के अनुसार - सिंगल-सिलेंडर, टू-सिलेंडर और मल्टी-सिलेंडर; सिलेंडरों की व्यवस्था के अनुसार - एक पंक्ति में सिलेंडर की ऊर्ध्वाधर या झुकी हुई व्यवस्था वाले इंजन, एक कोण पर सिलेंडर की व्यवस्था के साथ वी-आकार (जब सिलेंडर 180 के कोण पर स्थित होते हैं, तो इंजन को इंजन कहा जाता है) विपरीत सिलेंडर, या विरोध); शीतलन की विधि के अनुसार - तरल या वायु शीतलन वाले इंजनों के लिए; उपयोग किए गए ईंधन के प्रकार से - गैसोलीन, डीजल, गैस और बहु-ईंधन; संपीड़न अनुपात द्वारा। संपीड़न की डिग्री के आधार पर, वहाँ हैं

उच्च (E=12...18) और निम्न (E=4...9) संपीड़न इंजन; सिलेंडर को नए चार्ज से भरने की विधि के अनुसार: a) प्राकृतिक रूप से एस्पिरेटेड इंजन, जिसमें हवा का सेवन या ज्वलनशील मिश्रणपिस्टन के चूषण स्ट्रोक के दौरान सिलेंडर में निर्वहन के कारण किया जाता है;) सुपरचार्ज इंजन, जिसमें हवा या दहनशील मिश्रण को काम करने वाले सिलेंडर में कंप्रेसर द्वारा बनाए गए दबाव में चार्ज बढ़ाने और बढ़ा हुआ इंजन प्राप्त करने के लिए भर्ती कराया जाता है। शक्ति; रोटेशन की आवृत्ति के अनुसार: कम गति, बढ़ी हुई गति, उच्च गति; उद्देश्य के अनुसार, इंजन स्थिर, ऑटो-ट्रैक्टर, जहाज, डीजल, विमानन, आदि हैं।

3.2. पिस्टन इंजन डिवाइस की मूल बातें

पिस्टन आंतरिक दहन इंजन में तंत्र और प्रणालियाँ होती हैं जो उन्हें सौंपे गए कार्यों को करती हैं और एक दूसरे के साथ बातचीत करती हैं। ऐसे इंजन के मुख्य भाग क्रैंक तंत्र और गैस वितरण तंत्र, साथ ही बिजली, शीतलन, प्रज्वलन और स्नेहन प्रणाली हैं।

क्रैंक तंत्र पिस्टन के रेक्टिलिनियर पारस्परिक गति को क्रैंकशाफ्ट की घूर्णी गति में परिवर्तित करता है।

गैस वितरण तंत्र सिलेंडर में दहनशील मिश्रण के समय पर प्रवेश और उसमें से दहन उत्पादों को हटाने को सुनिश्चित करता है।

बिजली आपूर्ति प्रणाली को सिलेंडर में एक दहनशील मिश्रण तैयार करने और आपूर्ति करने के साथ-साथ दहन उत्पादों को हटाने के लिए डिज़ाइन किया गया है।

स्नेहन प्रणाली घर्षण बल को कम करने और आंशिक रूप से उन्हें ठंडा करने के लिए परस्पर क्रिया करने वाले भागों को तेल की आपूर्ति करने का कार्य करती है, इसके साथ ही, तेल परिसंचरण कार्बन जमा को धोने और पहनने वाले उत्पादों को हटाने की ओर जाता है।

शीतलन प्रणाली इंजन के सामान्य तापमान शासन को बनाए रखती है, जिससे पिस्टन समूह के सिलेंडरों के हिस्सों से गर्मी को हटाने और काम करने वाले मिश्रण के दहन के दौरान बहुत गर्म होने वाले वाल्व तंत्र को सुनिश्चित किया जाता है।

इग्निशन सिस्टम को इंजन सिलेंडर में काम कर रहे मिश्रण को प्रज्वलित करने के लिए डिज़ाइन किया गया है।

तो, चार-स्ट्रोक पिस्टन इंजन में एक सिलेंडर और एक क्रैंककेस होता है, जो नीचे से एक पैन द्वारा बंद होता है। संपीड़न (सीलिंग) के छल्ले के साथ एक पिस्टन सिलेंडर के अंदर चलता है, जिसमें ऊपरी हिस्से में नीचे के साथ एक गिलास का आकार होता है। पिस्टन पिन और कनेक्टिंग रॉड के माध्यम से पिस्टन क्रैंकशाफ्ट से जुड़ा होता है, जो क्रैंककेस में स्थित मुख्य बियरिंग्स में घूमता है। क्रैंकशाफ्ट में मुख्य जर्नल, गाल और कनेक्टिंग रॉड जर्नल होते हैं। सिलेंडर, पिस्टन, कनेक्टिंग रॉड और क्रैंकशाफ्ट तथाकथित क्रैंक तंत्र बनाते हैं। ऊपर से, सिलेंडर को वाल्व के साथ एक सिर के साथ कवर किया जाता है, जिसके उद्घाटन और समापन को क्रैंकशाफ्ट के रोटेशन के साथ कड़ाई से समन्वित किया जाता है, और, परिणामस्वरूप, पिस्टन की गति के साथ।

पिस्टन की गति दो चरम स्थितियों तक सीमित होती है, जिस पर इसकी गति शून्य होती है। पिस्टन की चरम ऊपरी स्थिति को टॉप डेड सेंटर (TDC) कहा जाता है, इसकी चरम निचली स्थिति बॉटम डेड सेंटर (BDC) होती है।

मृत बिंदुओं के माध्यम से पिस्टन की नॉन-स्टॉप गति एक चक्का द्वारा एक विशाल रिम के साथ डिस्क के रूप में प्रदान की जाती है। टीडीसी से बीडीसी तक पिस्टन द्वारा तय की गई दूरी को पिस्टन स्ट्रोक एस कहा जाता है, जो क्रैंक के त्रिज्या आर के दोगुने के बराबर है: एस = 2 आर।

टीडीसी पर पिस्टन क्राउन के ऊपर की जगह को दहन कक्ष कहा जाता है; इसकी मात्रा Vс द्वारा निरूपित की जाती है; दो मृत बिंदुओं (बीडीसी और टीडीसी) के बीच सिलेंडर की जगह को इसकी कार्यशील मात्रा कहा जाता है और इसे वीएच द्वारा दर्शाया जाता है। दहन कक्ष Vc के आयतन का योग और कार्यशील आयतन Vh सिलेंडर का कुल आयतन है Va: Va=Vc+Vh। सिलेंडर की कार्यशील मात्रा (इसे घन सेंटीमीटर या मीटर में मापा जाता है): Vh \u003d pD ^ 3 * S / 4, जहां D सिलेंडर का व्यास है। एक बहु-सिलेंडर इंजन के सिलेंडरों के सभी कार्यशील आयतनों के योग को इंजन का कार्यशील आयतन कहा जाता है, यह सूत्र द्वारा निर्धारित किया जाता है: Vр=(pD^2*S)/4*i, जहां मैं संख्या है सिलेंडरों की। सिलेंडर Va के कुल आयतन का दहन कक्ष Vc के आयतन के अनुपात को संपीड़न अनुपात कहा जाता है: E=(Vc+Vh)Vc=Va/Vc=Vh/Vc+1। संपीड़न अनुपात आंतरिक दहन इंजन का एक महत्वपूर्ण पैरामीटर है, क्योंकि। इसकी दक्षता और शक्ति को बहुत प्रभावित करता है।

दुनिया भर में सबसे प्रसिद्ध और व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है यांत्रिकी उपकरण- ये आंतरिक दहन इंजन हैं (बाद में आंतरिक दहन इंजन के रूप में संदर्भित)। उनकी सीमा व्यापक है, और वे कई विशेषताओं में भिन्न हैं, उदाहरण के लिए, सिलेंडरों की संख्या, जिनकी संख्या 1 से 24 तक भिन्न हो सकती है, ईंधन का उपयोग किया जाता है।

पिस्टन आंतरिक दहन इंजन का संचालन

एकल सिलेंडर आंतरिक दहन इंजनसबसे आदिम, असंतुलित और असमान स्ट्रोक माना जा सकता है, इस तथ्य के बावजूद कि यह नई पीढ़ी के मल्टी-सिलेंडर इंजन के निर्माण में शुरुआती बिंदु है। आज उनका उपयोग विमान मॉडलिंग में, कृषि, घरेलू और उद्यान उपकरणों के उत्पादन में किया जाता है। ऑटोमोटिव उद्योग के लिए, चार-सिलेंडर इंजन और अधिक ठोस उपकरणों का व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है।

यह कैसे काम करता है और इसमें क्या शामिल है?

पारस्परिक आंतरिक दहन इंजनएक जटिल संरचना है और इसमें शामिल हैं:

• सिलेंडर ब्लॉक, सिलेंडर हेड सहित आवास;
• गैस वितरण तंत्र;
• क्रैंक तंत्र (इसके बाद केएसएचएम);
• कई सहायक प्रणालियाँ।

केएसएचएम सिलेंडर और क्रैंकशाफ्ट में ईंधन-वायु मिश्रण (बाद में एफए के रूप में संदर्भित) के दहन के दौरान जारी ऊर्जा के बीच एक कड़ी है, जो कार की गति को सुनिश्चित करता है। गैस वितरण प्रणाली इकाई के संचालन के दौरान गैस विनिमय के लिए जिम्मेदार है: वायुमंडलीय ऑक्सीजन और ईंधन असेंबलियों की इंजन तक पहुंच, और दहन के दौरान बनने वाली गैसों को समय पर हटाना।

सबसे सरल पिस्टन इंजन का उपकरण

सहायक प्रणालियाँ प्रस्तुत की गई हैं:

• इनलेट, इंजन को ऑक्सीजन प्रदान करना;
• ईंधन इंजेक्शन प्रणाली द्वारा दर्शाया गया ईंधन;
• इग्निशन, जो गैसोलीन पर चलने वाले इंजनों के लिए ईंधन असेंबलियों की एक चिंगारी और प्रज्वलन प्रदान करता है (डीजल इंजन उच्च तापमान से मिश्रण के आत्म-प्रज्वलन की विशेषता है);
• एक स्नेहन प्रणाली जो इंजन तेल का उपयोग करके धातु भागों से संपर्क करने के घर्षण और पहनने को कम करती है;
• शीतलन प्रणाली, जो इंजन के काम करने वाले हिस्सों को गर्म करने से रोकती है, परिसंचरण प्रदान करती है विशेष तरल पदार्थएंटीफ्ीज़ प्रकार;
• एक निकास प्रणाली जो निकास वाल्व से मिलकर संबंधित तंत्र में गैसों को हटाने को सुनिश्चित करती है;
• एक नियंत्रण प्रणाली जो इलेक्ट्रॉनिक स्तर पर आंतरिक दहन इंजन के संचालन की निगरानी प्रदान करती है।

वर्णित नोड में मुख्य कार्य तत्व माना जाता है आंतरिक दहन इंजन पिस्टन, जो अपने आप में एक पूर्वनिर्मित हिस्सा है।

आईसीई पिस्टन डिवाइस

चरण-दर-चरण संचालन आरेख

एक आंतरिक दहन इंजन का संचालन गैसों के विस्तार की ऊर्जा पर आधारित होता है। वे तंत्र के अंदर ईंधन असेंबलियों के दहन का परिणाम हैं। यह भौतिक प्रक्रिया पिस्टन को सिलेंडर में गति करने के लिए मजबूर करती है। इस मामले में ईंधन हो सकता है:

• तरल पदार्थ (गैसोलीन, डीजल ईंधन);
• गैसें;
• ठोस ईंधन के जलने के परिणामस्वरूप कार्बन मोनोऑक्साइड।

इंजन संचालन एक निरंतर बंद चक्र है जिसमें एक निश्चित संख्या में चक्र होते हैं। सबसे आम आंतरिक दहन इंजन दो प्रकार के होते हैं, जो चक्रों की संख्या में भिन्न होते हैं:

1. दो-स्ट्रोक, संपीड़न और स्ट्रोक का उत्पादन;
2. चार-स्ट्रोक - एक ही अवधि के चार चरणों की विशेषता है: सेवन, संपीड़न, काम करने वाला स्ट्रोक, और अंतिम - रिलीज, यह मुख्य कार्य तत्व की स्थिति में चार गुना परिवर्तन को इंगित करता है।

स्ट्रोक की शुरुआत सीधे सिलेंडर में पिस्टन के स्थान से निर्धारित होती है:

• शीर्ष मृत केंद्र (इसके बाद टीडीसी के रूप में संदर्भित);
• बॉटम डेड सेंटर (इसके बाद बीडीसी)।

चार-स्ट्रोक नमूने के एल्गोरिथ्म का अध्ययन करके, आप अच्छी तरह से समझ सकते हैं कार इंजन का कार्य सिद्धांत.

कार इंजन के संचालन का सिद्धांत

ईंधन असेंबली के एक साथ पीछे हटने के साथ काम करने वाले पिस्टन के सिलेंडर के पूरे गुहा के माध्यम से शीर्ष मृत केंद्र से गुजरने से सेवन होता है। डिजाइन सुविधाओं के आधार पर, आने वाली गैसों का मिश्रण हो सकता है:

• इनटेक मैनिफोल्ड में, यह सच है यदि इंजन वितरित या केंद्रीय इंजेक्शन के साथ गैसोलीन है;
• दहन कक्ष में, अगर हम डीजल इंजन के साथ-साथ गैसोलीन पर चलने वाले इंजन के बारे में बात कर रहे हैं, लेकिन प्रत्यक्ष इंजेक्शन के साथ।

पहला उपाय गैस वितरण तंत्र के खुले सेवन वाल्व के साथ चलता है। सेवन और निकास वाल्वों की संख्या, उनका खुला समय, उनका आकार और उनके पहनने की स्थिति ऐसे कारक हैं जो इंजन की शक्ति को प्रभावित करते हैं। संपीड़न के प्रारंभिक चरण में पिस्टन को बीडीसी पर रखा गया है। इसके बाद, यह ऊपर की ओर बढ़ना शुरू कर देता है और संचित ईंधन असेंबली को दहन कक्ष द्वारा निर्धारित आयामों तक संपीड़ित करता है। दहन कक्ष सिलेंडर में खाली स्थान है जो सिलेंडर के शीर्ष और शीर्ष मृत केंद्र में पिस्टन के बीच रहता है।

दूसरा उपाय इंजन के सभी वाल्वों को बंद करना शामिल है। उनके फिट का घनत्व सीधे ईंधन असेंबली संपीड़न की गुणवत्ता और इसके बाद के प्रज्वलन को प्रभावित करता है। इसके अलावा, ईंधन असेंबलियों के संपीड़न की गुणवत्ता इंजन घटकों के पहनने के स्तर से बहुत प्रभावित होती है। इसे वाल्वों की जकड़न में पिस्टन और सिलेंडर के बीच की जगह के आकार के रूप में व्यक्त किया जाता है। इंजन का संपीड़न स्तर उसकी शक्ति को प्रभावित करने वाला मुख्य कारक है। इसे एक विशेष उपकरण संपीड़न गेज के साथ मापा जाता है।

वर्किंग स्ट्रोक शुरू होता है जब यह प्रक्रिया से जुड़ा होता है ज्वलन प्रणालीजो एक चिंगारी पैदा करता है। पिस्टन अधिकतम ऊपरी स्थिति में है। मिश्रण फट जाता है, गैसें निकलती हैं जो बढ़ा हुआ दबाव पैदा करती हैं, और पिस्टन गति में सेट हो जाता है। क्रैंक तंत्र, बदले में, क्रैंकशाफ्ट के रोटेशन को सक्रिय करता है, जो कार की गति को सुनिश्चित करता है। इस समय सभी सिस्टम वाल्व बंद स्थिति में हैं।

स्नातक स्ट्रोक माना चक्र में अंतिम है। सभी निकास वाल्व खुली स्थिति में हैं, जिससे इंजन दहन उत्पादों को "साँस" लेता है। पिस्टन अपने शुरुआती बिंदु पर वापस आ जाता है और एक नया चक्र शुरू करने के लिए तैयार होता है। यह आंदोलन की रिहाई में योगदान देता है निकास तंत्रऔर फिर पर्यावरण में, निकास गैसें।

आंतरिक दहन इंजन के संचालन की योजना, जैसा कि ऊपर उल्लेख किया गया है, चक्रीयता पर आधारित है। विस्तार से विचार करते हुए, पिस्टन इंजन कैसे काम करता है, यह संक्षेप में कहा जा सकता है कि इस तरह के तंत्र की दक्षता 60% से अधिक नहीं है। यह प्रतिशत इस तथ्य के कारण है कि एक निश्चित समय में, कार्य चक्र केवल एक सिलेंडर में किया जाता है।

इस समय प्राप्त सभी ऊर्जा कार की गति के लिए निर्देशित नहीं होती है। इसका एक हिस्सा चक्का को गति में रखने पर खर्च किया जाता है, जो जड़ता से, अन्य तीन चक्रों के दौरान कार के संचालन को सुनिश्चित करता है।

तापीय ऊर्जा की एक निश्चित मात्रा अनैच्छिक रूप से आवास और निकास गैसों को गर्म करने पर खर्च की जाती है। यही कारण है कि कार की इंजन शक्ति सिलेंडरों की संख्या से निर्धारित होती है, और परिणामस्वरूप, तथाकथित इंजन आकार, सभी काम करने वाले सिलेंडरों की कुल मात्रा के रूप में एक निश्चित सूत्र के अनुसार गणना की जाती है।

परिभाषा।

पिस्टन इंजन- आंतरिक दहन इंजन के वेरिएंट में से एक, जो जलते हुए ईंधन की आंतरिक ऊर्जा को पिस्टन के ट्रांसलेशनल मूवमेंट के यांत्रिक कार्य में परिवर्तित करके काम करता है। सिलेंडर में काम कर रहे तरल पदार्थ के विस्तार से पिस्टन गति में सेट होता है।

क्रैंक तंत्र पिस्टन की ट्रांसलेशनल गति को क्रैंकशाफ्ट की घूर्णी गति में परिवर्तित करता है।

इंजन के कार्य चक्र में एक तरफा ट्रांसलेशनल पिस्टन स्ट्रोक के चक्रों का एक क्रम होता है। काम के दो और चार चक्रों के साथ उपविभाजित इंजन।

दो-स्ट्रोक और चार-स्ट्रोक पिस्टन इंजन के संचालन का सिद्धांत।

में सिलेंडरों की संख्या पिस्टन इंजनडिजाइन के आधार पर भिन्न हो सकते हैं (1 से 24 तक)। इंजन का आयतन सभी सिलेंडरों के आयतन के योग के बराबर माना जाता है, जिसकी क्षमता क्रॉस सेक्शन और पिस्टन स्ट्रोक के उत्पाद द्वारा पाई जाती है।

में पिस्टन इंजनविभिन्न डिजाइन, ईंधन प्रज्वलन की प्रक्रिया अलग-अलग तरीकों से होती है:

इलेक्ट्रिक स्पार्क डिस्चार्ज, जो स्पार्क प्लग पर बनता है। ऐसे इंजन गैसोलीन और अन्य प्रकार के ईंधन (प्राकृतिक गैस) दोनों पर चल सकते हैं।

काम कर रहे शरीर का संपीड़न:

में डीजल इंजन काम पर डीजल ईंधनया गैस (डीजल ईंधन के 5% अतिरिक्त के साथ), हवा संकुचित होती है, और जब पिस्टन अधिकतम संपीड़न के बिंदु पर पहुंच जाता है, तो ईंधन इंजेक्ट किया जाता है, जो गर्म हवा के संपर्क से प्रज्वलित होता है।

संपीड़न मॉडल इंजन. उनमें ईंधन की आपूर्ति बिल्कुल वैसी ही है जैसे in गैसोलीन इंजन. इसलिए, उनके संचालन के लिए, एक विशेष ईंधन संरचना (हवा और डायथाइल ईथर की अशुद्धियों के साथ) की आवश्यकता होती है, साथ ही संपीड़न अनुपात का सटीक समायोजन भी होता है। कंप्रेसर इंजनों ने विमान और मोटर वाहन उद्योगों में अपना वितरण पाया है।

चमक इंजन. उनके संचालन का सिद्धांत कई मामलों में संपीड़न मॉडल के इंजनों के समान है, हालांकि, यह एक डिजाइन सुविधा के बिना नहीं था। उनमें प्रज्वलन की भूमिका एक चमक प्लग द्वारा की जाती है, जिसकी चमक पिछले चक्र पर जलने वाले ईंधन की ऊर्जा से बनी रहती है। मेथनॉल, नाइट्रोमेथेन और . पर आधारित ईंधन की संरचना भी विशेष है अरंडी का तेल. ऐसे इंजन कारों और हवाई जहाजों दोनों में उपयोग किए जाते हैं।

उष्मीय इंजन. इन इंजनों में, प्रज्वलन तब होता है जब ईंधन इंजन के गर्म भागों (आमतौर पर पिस्टन क्राउन) के संपर्क में आता है। ओपन-हार्थ गैस का उपयोग ईंधन के रूप में किया जाता है। इनका उपयोग रोलिंग मिलों में ड्राइव मोटर्स के रूप में किया जाता है।

ईंधन के प्रकार . में उपयोग किए जाते हैं पिस्टन इंजन:

तरल ईंधन- डीजल ईंधन, गैसोलीन, अल्कोहल, बायोडीजल;

गैसों- प्राकृतिक और जैविक गैसें, तरलीकृत गैसें, हाइड्रोजन, तेल क्रैकिंग के गैसीय उत्पाद;

कोयले, पीट और लकड़ी से गैस जनरेटर में उत्पादित, कार्बन मोनोऑक्साइड का उपयोग ईंधन के रूप में भी किया जाता है।

पिस्टन इंजन का संचालन।

इंजन चक्रतकनीकी थर्मोडायनामिक्स में विस्तार से वर्णित है। विभिन्न साइक्लोग्राम का वर्णन विभिन्न थर्मोडायनामिक चक्रों द्वारा किया जाता है: ओटो, डीजल, एटकिंसन या मिलर और ट्रिंकलर।

पिस्टन इंजन की विफलता के कारण।

पिस्टन इंजन दक्षता।

अधिकतम दक्षता जो प्राप्त की जा सकती है पिस्टन इंजन 60% है, अर्थात्। आधे से भी कम जलने वाले ईंधन को इंजन के पुर्जों को गर्म करने पर खर्च किया जाता है, और निकास गैसों की गर्मी के साथ भी बाहर आता है। इस संबंध में, इंजनों को शीतलन प्रणाली से लैस करना आवश्यक है।

शीतलन प्रणाली का वर्गीकरण:

एयर सीओ- वे सिलिंडर की पसली की बाहरी सतह के कारण हवा को गर्मी देते हैं। क्या
अधिक कमजोर इंजन(दसियों hp), या शक्तिशाली विमान इंजनों पर जो तेज हवा के प्रवाह से ठंडा हो जाते हैं।

तरल CO- एक तरल (पानी, एंटीफ्ीज़ या तेल) का उपयोग शीतलक के रूप में किया जाता है, जिसे कूलिंग जैकेट (सिलेंडर ब्लॉक की दीवारों में चैनल) के माध्यम से पंप किया जाता है और कूलिंग रेडिएटर में प्रवेश करता है, जिसमें इसे हवा के प्रवाह से ठंडा किया जाता है, प्राकृतिक या प्रशंसकों से। शायद ही कभी, सोडियम धातु का उपयोग शीतलक के रूप में भी किया जाता है, जो एक वार्मिंग इंजन की गर्मी से पिघल जाता है।

आवेदन।

पिस्टन इंजन, अपनी शक्ति सीमा (1 वाट - 75,000 kW) के कारण, न केवल मोटर वाहन उद्योग में, बल्कि विमान उद्योग और जहाज निर्माण में भी बहुत लोकप्रियता हासिल की है। उनका उपयोग युद्ध, कृषि और को चलाने के लिए भी किया जाता है निर्माण उपकरण, बिजली जनरेटर, पानी पंप, चेनसॉ और अन्य मशीनें, मोबाइल और स्थिर दोनों।