- zapewnia przeniesienie sił mechanicznych na korbowód;
- odpowiada za uszczelnienie komory spalania paliwa;
- zapewnia terminowe odprowadzenie nadmiaru ciepła z komory spalania
Praca tłoka odbywa się w trudnych i pod wieloma względami niebezpiecznych warunkach - w podwyższonych temperaturach i zwiększonych obciążeniach, dlatego szczególnie ważne jest, aby tłoki do silników wyróżniały się sprawnością, niezawodnością i odpornością na zużycie. Dlatego do ich produkcji wykorzystywane są lekkie, ale wytrzymałe materiały – żaroodporne aluminium lub stopy stali. Tłoki wykonuje się dwoma metodami - odlewanie lub tłoczenie.
Konstrukcja tłoka
Tłok silnika ma dość prostą konstrukcję, która składa się z następujących części:
Volkswagen AG
- ICE głowica tłoka
- sworzeń tłokowy
- Pierścień ustalający
- Szef
- korbowód
- Wkładka stalowa
- Pierścień kompresyjny jeden
- Drugi pierścień zaciskowy
- Pierścień zgarniający olej
Cechy konstrukcyjne tłoka w większości przypadków zależą od typu silnika, kształtu jego komory spalania i rodzaju stosowanego paliwa.
Dolny
Dno może mieć inny kształt w zależności od funkcji jakie pełni - płaska, wklęsła i wypukła. Wklęsły kształt dna zapewnia wydajniejszą pracę komory spalania, jednak przyczynia się to do większej ilości osadów podczas spalania paliwa. Wypukły kształt dna poprawia wydajność tłoka, ale jednocześnie zmniejsza efektywność procesu spalania mieszanka paliwowa w komorze.
Pierścienie tłokowe
Poniżej dna znajdują się specjalne rowki (rowki) do montażu pierścieni tłokowych. Odległość od dna do pierwszego pierścienia dociskowego nazywana jest strefą ostrzału.
Pierścienie tłokowe odpowiadają za niezawodne połączenie cylindra z tłokiem. Zapewniają niezawodną szczelność dzięki ścisłemu dopasowaniu do ścianek cylindra, czemu towarzyszy intensywny proces tarcia. Olej silnikowy służy do zmniejszenia tarcia. Pierścienie tłokowe są wykonane z żeliwa.
Liczba pierścieni tłokowych, które można zamontować w tłoku, zależy od typu zastosowanego silnika i jego przeznaczenia. Często systemy z jednym pierścień zgarniający olej oraz dwa pierścienie zaciskowe (pierwszy i drugi).
Pierścień zgarniający olej i pierścienie zaciskowe
Pierścień zgarniający olej zapewnia szybkie usuwanie nadmiaru oleju z wewnętrznych ścian cylindra, a pierścienie kompresyjne zapobiegają przedostawaniu się gazów do skrzyni korbowej.
Pierścień dociskowy, umieszczony jako pierwszy, przejmuje większość obciążeń bezwładnościowych podczas pracy tłoka.
Aby zmniejszyć obciążenia w wielu silnikach, w rowku pierścieniowym zamontowana jest stalowa wkładka, która zwiększa wytrzymałość i stopień ściskania pierścienia. Pierścienie typu kompresyjnego mogą być wykonane w formie trapezu, beczki, stożka, z wycięciem.
Pierścień zgarniający olej w większości przypadków jest wyposażony w wiele otworów do spuszczania oleju, czasami w sprężynę rozprężną.
sworzeń tłokowy
Jest to część rurowa, która odpowiada za niezawodne połączenie tłoka z korbowodem. Wykonany ze stopu stali. Podczas instalowania sworznia tłokowego w występach jest on ciasno zamocowany za pomocą specjalnych pierścieni ustalających.
Tłok, sworzeń tłokowy i pierścienie tworzą razem tak zwaną grupę tłoków silnika.
Spódnica
Część prowadząca urządzenia tłokowego, która może być wykonana w postaci stożka lub beczki. Płaszcz tłoka jest wyposażony w dwa występy do połączenia z sworzniem tłokowym.
Aby zmniejszyć straty tarcia, na powierzchnię osłony nakłada się cienką warstwę środka przeciwciernego (często stosuje się grafit lub dwusiarczek molibdenu). Dolna część spódnicy wyposażona jest w pierścień zgarniający olej.
Obowiązkowym procesem działania urządzenia tłokowego jest jego chłodzenie, które można przeprowadzić następującymi metodami:
- rozpylanie oleju przez otwory w korbowodzie lub dyszy;
- ruch oleju wzdłuż cewki w głowicy tłoka;
- dostarczanie oleju do obszaru pierścieni przez kanał pierścieniowy;
- mgła olejowa
Część uszczelniająca
Część uszczelniająca i dno są połączone w formie głowicy tłoka. W tej części urządzenia znajdują się pierścienie tłokowe - zgarniacz oleju i kompresja. Kanały na pierścienie mają małe otwory, przez które zużyty olej dostaje się do tłoka, a następnie spływa do skrzyni korbowej.
Ogólny tłok silnika wewnętrzne spalanie to jedna z najbardziej obciążonych części, która poddawana jest silnym efektom dynamicznym i jednocześnie termicznym. Nakłada to zwiększone wymagania zarówno na materiały użyte do produkcji tłoków, jak i na jakość ich wykonania.
Obrotowy silnik tłokowy(RPD) lub silnik Wankla. Silnik spalinowy opracowany przez Felixa Wankla w 1957 roku we współpracy z Walterem Freude. W RPD funkcję tłoka pełni wirnik z trzema wierzchołkami (trójścienny), który wykonuje ruchy obrotowe wewnątrz wnęki o złożonym kształcie. Po fali eksperymentalnych modeli samochodów i motocykli, która przypadła na lata 60. i 70. XX wieku, zainteresowanie RPD zmalało, chociaż wiele firm wciąż pracuje nad udoskonaleniem konstrukcji silnika Wankla. Obecnie RPD wyposażone są w samochody osobowe Mazda. Silnik z tłokiem obrotowym znajduje zastosowanie w modelarstwie.
Zasada działania
Siła ciśnienia gazu ze spalonej mieszanki paliwowo-powietrznej napędza wirnik, który osadzony jest poprzez łożyska na wale mimośrodowym. Ruch wirnika względem obudowy silnika (stojana) odbywa się za pomocą pary kół zębatych, z których jedna to: większy rozmiar, jest zamocowany na wewnętrznej powierzchni wirnika, druga, mniejsza podpora, jest sztywno przymocowana do wewnętrznej powierzchni bocznej pokrywy silnika. Współdziałanie kół zębatych prowadzi do tego, że wirnik wykonuje kołowe ruchy mimośrodowe, stykając się z krawędziami wewnętrznej powierzchni komory spalania. W efekcie pomiędzy wirnikiem a obudową silnika powstają trzy izolowane komory o zmiennej objętości, w których zachodzą procesy sprężania mieszanki paliwowo-powietrznej, jej spalania, rozprężania gazów wywierających nacisk na powierzchnię roboczą wirnika oraz następuje oczyszczanie komory spalania ze spalin. Ruch obrotowy wirnika przenoszony jest na wał mimośrodowy osadzony na łożyskach i przenoszący moment obrotowy na mechanizmy przekładni. Tak więc w RPD pracują jednocześnie dwie pary mechaniczne: pierwsza reguluje ruch wirnika i składa się z pary kół zębatych; a drugi - przekształcenie ruchu kołowego wirnika w obrót wału mimośrodowego. Przełożenie przekładni wirnika i stojana wynosi 2:3, więc na jeden pełny obrót wału mimośrodowego wirnik ma czas na obrót o 120 stopni. Z kolei na jeden pełny obrót wirnika w każdej z trzech komór utworzonych przez jego powierzchnie, wykonywany jest pełny czterosuwowy cykl silnika spalinowego.
Schemat RPD
1 - okno wlotowe; 2 okna wylotowe; 3 - ciało; 4 - komora spalania; 5 - stałe koło zębate; 6 - wirnik; 7 - koło zębate; 8 - wał; 9 - świeca zapłonowa
Zalety RPD
Główna zaleta obrotowy silnik tłokowy to prostota projektu. RPD ma o 35-40 procent mniej części niż czterosuwowy silnik tłokowy. RPD nie posiada tłoków, korbowodów, wał korbowy. W „klasycznej” wersji RPD nie ma mechanizmu dystrybucji gazu. Mieszanka paliwowo-powietrzna wchodzi do komory roboczej silnika przez okno wlotowe, które otwiera krawędź wirnika. Spaliny są wyrzucane przez otwór wydechowy, który ponownie przecina krawędź wirnika (przypomina to urządzenie do dystrybucji gazu w dwusuwowym silniku tłokowym).
Na szczególną uwagę zasługuje układ smarowania, którego praktycznie nie ma w najprostszej wersji RPD. Do paliwa dodawany jest olej – podobnie jak przy eksploatacji dwusuwowych silników motocyklowych. Pary cierne (przede wszystkim wirnik i powierzchnia robocza komory spalania) są smarowane samą mieszanką paliwowo-powietrzną.
Ponieważ masa wirnika jest niewielka i łatwo równoważona masą przeciwwag wału mimośrodowego, RPD charakteryzuje się niskim poziomem drgań i dobrą równomiernością pracy. W samochodach z RPD łatwiej jest wyważyć silnik, osiągając minimalny poziom wibracji, co ma dobry wpływ na komfort auta jako całości. Silniki dwuwirnikowe są szczególnie płynnie pracujące, w których same wirniki działają jak wyważarki redukujące wibracje.
Kolejną atrakcyjną cechą RPD jest jego wysoka moc właściwa przy wysokie obroty mimośrodowy wał. Pozwala to na uzyskanie doskonałej charakterystyki prędkości samochodu z RPD przy stosunkowo niskim zużyciu paliwa. Niska bezwładność wirnika oraz zwiększona moc właściwa w porównaniu do tłokowych silników spalinowych poprawia dynamikę auta.
Wreszcie ważną zaletą RPD jest jego mały rozmiar. silnik rotacyjny mniej niż czterosuwowy silnik tłokowy o tej samej mocy o około połowę. I pozwala lepiej wykorzystać przestrzeń. komora silnika, dokładniej obliczyć położenie jednostek transmisyjnych i obciążenie przedniej i tylnej osi.
Wady RPD
Główną wadą silnika z tłokiem obrotowym jest niska skuteczność uszczelnień szczelinowych pomiędzy wirnikiem a komorą spalania. Wirnik RPD o skomplikowanym kształcie wymaga niezawodnych uszczelnień nie tylko na krawędziach (a są ich cztery na każdej powierzchni - po dwa na górze, dwa na powierzchniach bocznych), ale także wzdłuż powierzchni bocznej stykającej się z pokrywami silnika . W tym przypadku uszczelnienia wykonane są w postaci sprężynowych pasków ze stali wysokostopowej ze szczególnie precyzyjną obróbką zarówno powierzchni roboczych, jak i końcówek. Uwzględnione w konstrukcji uszczelnień naddatki na rozszerzanie się metalu w wyniku nagrzewania pogarszają ich właściwości - prawie niemożliwe jest uniknięcie przebicia gazu na końcowych odcinkach płyt uszczelniających (w silnikach tłokowych efekt labiryntu jest wykorzystywany przez zainstalowanie pierścieni uszczelniających ze szczelinami w różnych kierunkach).
W ostatnich latach niezawodność uszczelek wzrosła dramatycznie. Projektanci znaleźli nowe materiały na uszczelki. Jednak o żadnym przełomie nie trzeba jeszcze mówić. Uszczelki są nadal wąskim gardłem RPD.
Złożony system uszczelniający wirnika wymaga skutecznego smarowania powierzchni ciernych. RPD zużywa więcej oleju niż czterosuwowy silnik tłokowy (od 400 gramów do 1 kilograma na 1000 kilometrów). W takim przypadku olej spala się wraz z paliwem, co niekorzystnie wpływa na przyjazność dla środowiska silników. W spalinach RPD znajduje się więcej substancji niebezpiecznych dla zdrowia ludzi niż w spalinach silników tłokowych.
Specjalne wymagania stawiane są również jakości olejów stosowanych w RPD. Wynika to po pierwsze z tendencji do zwiększonego zużycia (ze względu na dużą powierzchnię styku części - wirnika i komory wewnętrznej silnika), a po drugie z przegrzania (znowu z powodu zwiększone tarcie i ze względu na mały rozmiar samego silnika). Nieregularne wymiany oleju są śmiertelne dla RPD, ponieważ cząstki ścierne w starym oleju drastycznie zwiększają zużycie silnika i hipotermię silnika. Rozruch zimnego silnika i niedostateczne rozgrzanie powodują, że w strefie styku uszczelek wirnika z powierzchnią komory spalania i osłonami bocznymi występuje niewielkie smarowanie. Jeśli silnik tłokowy zaciera się po przegrzaniu, RPD występuje najczęściej podczas rozruchu zimnego silnika (lub podczas jazdy w chłodne dni, gdy chłodzenie jest nadmierne).
Ogólnie rzecz biorąc, temperatura robocza RPD jest wyższa niż w przypadku silników tłokowych. Najbardziej obciążonym termicznie obszarem jest komora spalania, która ma małą objętość i odpowiednio podwyższoną temperaturę, co utrudnia zapłon mieszanki paliwowo-powietrznej (RPD są podatne na detonację ze względu na wydłużony kształt komory spalania, co można również przypisać wadom tego typu silnika). Stąd ścisłość RPD w sprawie jakości świec. Zazwyczaj są one instalowane w tych silnikach parami.
Silniki z tłokami obrotowymi, o doskonałej charakterystyce mocy i prędkości, okazują się mniej elastyczne (lub mniej elastyczne) niż silniki tłokowe. Dają optymalną moc tylko przy odpowiednio dużych prędkościach, co zmusza projektantów do stosowania RPD w połączeniu z wielostopniowymi skrzyniami biegów i komplikuje konstrukcję. pudełka automatyczne koła zębate. Ostatecznie RPD nie są tak ekonomiczne, jak powinny być w teorii.
Praktyczne zastosowanie w branży motoryzacyjnej
RPD były najszerzej stosowane pod koniec lat 60. i na początku 70. ubiegłego wieku, kiedy patent na silnik Wankla kupiło 11 wiodących producentów samochodów na świecie.
W 1967 roku niemiecka firma NSU wyprodukowała seryjnie samochód klasa biznesowa NSU Ro 80. Model ten był produkowany przez 10 lat i sprzedawany na całym świecie w ilości 37204 egzemplarzy. Samochód był popularny, ale wady zainstalowanego w nim RPD ostatecznie zrujnowały reputację tego wspaniałego samochodu. Na tle wytrzymałych konkurentów model NSU Ro 80 wyglądał „blado” – przebieg do wyremontować silnik z deklarowanymi 100 tys. kilometrów nie przekroczył 50 tys.
Koncern Citroen, Mazda, VAZ eksperymentowały z RPD. Największy sukces odniosła Mazda, która wprowadziła na rynek swój samochód osobowy z RPD w 1963 roku, cztery lata przed wprowadzeniem NSU Ro 80. Dziś Mazda wyposaża samochody sportowe serii RX w RPD. Nowoczesne samochody Mazda RX-8 jest wolna od wielu niedociągnięć Felixa Wankla RPD. Są dość przyjazne dla środowiska i niezawodne, chociaż są uważane za „kapryśne” wśród właścicieli samochodów i specjalistów od napraw.
Praktyczne zastosowanie w branży motocyklowej
W latach 70. i 80. niektórzy producenci motocykli eksperymentowali z RPD - Hercules, Suzuki i inni. Obecnie produkcja motocykli „obrotowych” na małą skalę powstała tylko w firmie Norton, która produkuje model NRV588 i przygotowuje motocykl NRV700 do produkcji seryjnej.
Norton NRV588 to sportowy motocykl wyposażony w dwuwirnikowy silnik o łącznej objętości 588 centymetrów sześciennych i rozwijający moc 170 Konie mechaniczne. Przy suchej masie motocykla 130 kg stosunek mocy do masy motocykla sportowego wygląda dosłownie zaporowy. Silnik tej maszyny jest wyposażony w zmienny układ dolotowy i elektroniczne układy wtrysku paliwa. Wszystko, co wiadomo o modelu NRV700, to to, że moc RPD tego sportowego motocykla osiągnie 210 KM.
Jak wspomniano powyżej, w silnikach spalinowych stosuje się rozszerzalność cieplną. Ale jak 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 cieplnymi. Energię cieplną uzyskuje się poprzez spalanie dowolnego paliwa. Silnik cieplny, w którym część energii chemicznej paliwa spalanego w komorze roboczej jest zamieniana na energię mechaniczną, nazywa się silnikiem spalinowym tłokowym. (sowiecki słownik encyklopedyczny)
3. 1. Klasyfikacja silników spalinowych
Jak wspomniano powyżej, jako elektrownie samochodów, najszerzej stosowane są silniki spalinowe, w których proces spalania paliwa z wydzieleniem ciepła i jego przekształceniem w pracę mechaniczną zachodzi bezpośrednio w cylindrach. Ale w większości nowoczesnych samochodów instalowane są silniki spalinowe, które są klasyfikowane według różnych kryteriów: Metodą tworzenia mieszanki - silniki z zewnętrznym tworzeniem mieszanki, w których palna mieszanka jest przygotowywana na zewnątrz cylindrów (gaźnik i gaz) oraz silniki z wewnętrznym tworzeniem mieszanki (mieszanka robocza powstaje wewnątrz cylindrów) -diesle; Zgodnie z metodą realizacji cyklu pracy - czterosuwowy i dwusuwowy; Według liczby cylindrów - jednocylindrowy, dwucylindrowy i wielocylindrowy; Zgodnie z układem cylindrów - silniki z pionowym lub nachylonym układem cylindrów w jednym rzędzie, w kształcie litery V z układem cylindrów pod kątem (gdy cylindry są ustawione pod kątem 180, silnik nazywa się silnikiem z przeciwległe cylindry lub przeciwległe); Zgodnie z metodą chłodzenia - dla silników z chłodzeniem cieczą lub powietrzem; Według rodzaju stosowanego paliwa - benzyna, olej napędowy, gaz i paliwo wielopaliwowe; Według stopnia sprężania. W zależności od stopnia kompresji istnieją
silniki o wysokiej (E=12...18) i niskiej (E=4...9) kompresji; Zgodnie ze sposobem napełniania cylindra świeżym ładunkiem: a) silniki wolnossące, w których wlot powietrza lub mieszanina palna odbywa się na skutek rozładowania w cylindrze podczas suwu ssania tłoka;) silniki doładowane, w których do cylindra roboczego wpuszczane jest powietrze lub mieszanka palna pod ciśnieniem wytworzonym przez sprężarkę w celu zwiększenia doładowania i uzyskania podwyższonego moc silnika; W zależności od częstotliwości obrotów: niska prędkość, zwiększona prędkość, duża prędkość; Zgodnie z przeznaczeniem silniki są stacjonarne, auto-ciągnik, statek, olej napędowy, lotnictwo itp.
3.2. Podstawy urządzenia z silnikiem tłokowym
Tłokowe silniki spalinowe składają się z mechanizmów i układów, które wykonują przypisane im funkcje i współdziałają ze sobą. Głównymi częściami takiego silnika są mechanizm korbowy i mechanizm dystrybucji gazu, a także układy zasilania, chłodzenia, zapłonu i smarowania.
Mechanizm korbowy przekształca prostoliniowy ruch posuwisto-zwrotny tłoka na ruch obrotowy wału korbowego.
Mechanizm dystrybucji gazu zapewnia terminowe wprowadzenie palnej mieszanki do cylindra i usunięcie z niego produktów spalania.
Układ zasilania przeznaczony jest do przygotowania i dostarczenia palnej mieszanki do cylindra, a także do usunięcia produktów spalania.
Układ smarowania służy do doprowadzania oleju do współpracujących części w celu zmniejszenia siły tarcia i częściowego ich schłodzenia, wraz z tym cyrkulacja oleju prowadzi do wymywania nagarów i usuwania produktów zużycia.
Układ chłodzenia utrzymuje normalny reżim temperaturowy silnika, zapewniając odprowadzanie ciepła z części cylindrów grupy tłoków i mechanizmu zaworowego, które są bardzo gorące podczas spalania mieszaniny roboczej.
Układ zapłonowy przeznaczony jest do zapłonu mieszaniny roboczej w cylindrze silnika.
Tak więc czterosuwowy silnik tłokowy składa się z cylindra i skrzyni korbowej, która jest zamknięta od dołu za pomocą miski. Wewnątrz cylindra porusza się tłok z pierścieniami dociskowymi (uszczelniającymi), które mają kształt szkła z dnem w górnej części. Tłok poprzez sworzeń tłokowy i korbowód połączony jest z wałem korbowym, który obraca się w łożyskach głównych znajdujących się w skrzyni korbowej. Wał korbowy składa się z czopów głównych, policzków i czopa korbowodu. Cylinder, tłok, korbowód i wał korbowy tworzą tak zwany mechanizm korbowy. Od góry cylinder pokryty jest głowicą z zaworami, których otwieranie i zamykanie jest ściśle skoordynowane z obrotem wału korbowego, a co za tym idzie z ruchem tłoka.
Ruch tłoka ograniczony jest do dwóch skrajnych pozycji, w których jego prędkość wynosi zero. Skrajne górne położenie tłoka nazywa się górnym martwym punktem (TDC), jego skrajne dolne położenie to dolny martwy punkt (BDC).
Ciągły ruch tłoka przez martwe punkty zapewnia koło zamachowe w postaci tarczy z masywnym obrzeżem. Droga przebyta przez tłok od GMP do BDC nazywana jest skokiem tłoka S, który jest równy dwukrotności promienia R korby: S=2R.
Przestrzeń nad denkiem tłoka, gdy jest on w GMP, nazywana jest komorą spalania; jego objętość oznaczona jest przez Vс; 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 \u003d pD ^ 3 * S / 4, gdzie D jest średnicą cylindra. Suma wszystkich objętości roboczych cylindrów silnika wielocylindrowego nazywana jest objętością roboczą silnika i jest określona wzorem: Vр=(pD^2*S)/4*i, gdzie i jest liczbą 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 silników spalinowych, ponieważ. znacznie wpływa na jego wydajność i moc.
Najbardziej znany i szeroko stosowany na całym świecie urządzenia mechaniczne- Są to silniki spalinowe (zwane dalej silnikami spalinowymi). Ich oferta jest szeroka i różnią się między sobą szeregiem cech, na przykład liczbą cylindrów, których liczba może wahać się od 1 do 24, stosowanym paliwem.
Działanie tłokowego silnika spalinowego
Jednocylindrowy silnik spalinowy można uznać za najbardziej prymitywny, niewyważony i nierówny skok, mimo że jest to punkt wyjścia w tworzeniu nowej generacji silników wielocylindrowych. Dziś wykorzystywane są w modelarstwie lotniczym, w produkcji narzędzi rolniczych, domowych i ogrodniczych. W przemyśle motoryzacyjnym masowo stosowane są silniki czterocylindrowe i bardziej solidne urządzenia.
Jak to działa i z czego się składa?
Tłokowy silnik spalinowy ma złożoną strukturę i składa się z:
- Obudowa, w tym blok cylindrów, głowica cylindra;
- mechanizm dystrybucji gazu;
- Mechanizm korbowy (dalej KShM);
- Szereg systemów pomocniczych.
KShM to łącznik pomiędzy energią uwalnianą podczas spalania mieszanki paliwowo-powietrznej (zwanej dalej FA) w cylindrze a wałem korbowym, który zapewnia ruch samochodu. System dystrybucji gazu odpowiada za wymianę gazową podczas pracy jednostki: dostęp tlenu atmosferycznego i zespołów paliwowych do silnika oraz terminowe usuwanie gazów powstałych podczas spalania.
Urządzenie najprostszego silnika tłokowego
Przedstawiono systemy pomocnicze:
- Wlot, dostarczający tlen do silnika;
- Paliwo, reprezentowane przez układ wtrysku paliwa;
- Zapłon, który zapewnia iskrę i zapłon zespołów paliwowych do silników zasilanych benzyną (silniki diesla charakteryzują się samozapłonem mieszanki z wysokiej temperatury);
- Układ smarowania zmniejszający tarcie i zużycie stykających się metalowych części za pomocą oleju silnikowego;
- Układ chłodzenia, który zapobiega przegrzewaniu się części roboczych silnika, zapewniając cyrkulację specjalne płyny typ przeciw zamarzaniu;
- Układ wydechowy, który zapewnia usuwanie gazów do odpowiedniego mechanizmu, składającego się z zaworów wydechowych;
- Układ sterowania, który zapewnia monitorowanie pracy silnika spalinowego na poziomie elektronicznym.
Rozważany jest główny element roboczy w opisywanym węźle tłok silnika spalinowego,, który sam w sobie jest częścią prefabrykowaną.
Urządzenie tłokowe ICE
Schemat działania krok po kroku
Działanie silnika spalinowego opiera się na energii rozprężających się gazów. Są wynikiem spalania zespołów paliwowych wewnątrz mechanizmu. Ten fizyczny proces wymusza ruch tłoka w cylindrze. Paliwem w tym przypadku może być:
- Płyny (benzyna, olej napędowy);
- gazy;
- Tlenek węgla w wyniku spalania paliw stałych.
Praca silnika to ciągły zamknięty cykl składający się z określonej liczby cykli. Najpopularniejsze silniki spalinowe są dwojakiego rodzaju, różniące się liczbą cykli:
- Dwusuwowy, wytwarzający kompresję i skok;
- Czterosuwowy - charakteryzują się czterema etapami o tym samym czasie trwania: dolotowym, sprężającym, roboczym i końcowym - zwalniającym, oznacza to czterokrotną zmianę położenia głównego elementu roboczego.
Początek skoku określa położenie tłoka bezpośrednio w cylindrze:
- Górny martwy punkt (zwany dalej TDC);
- Dolny martwy punkt (zwany dalej BDC).
Studiując algorytm próbki czterosuwowej, możesz dokładnie zrozumieć zasada działania silnika samochodowego,.
Zasada działania silnika samochodowego
Zasysanie następuje poprzez przejście od górnego martwego punktu przez całą wnękę cylindra tłoka roboczego z jednoczesnym wycofaniem zespołu paliwowego. W oparciu o cechy konstrukcyjne może wystąpić mieszanie dochodzących gazów:
- W kolektorze dolotowym jest to prawdą, jeśli silnik jest benzyną z wtryskiem rozproszonym lub centralnym;
- W komorze spalania, jeśli mówimy o silniku wysokoprężnym, a także silniku na benzynę, ale z bezpośrednim wtryskiem.
Pierwszy środek działa z otwartymi zaworami wlotowymi mechanizmu dystrybucji gazu. Liczba zaworów dolotowych i wydechowych, czas otwarcia, wielkość oraz stan zużycia to czynniki, które wpływają na moc silnika. Tłok w początkowej fazie kompresji jest umieszczony w BDC. Następnie zaczyna poruszać się w górę i ściskać zgromadzony zespół paliwowy do wymiarów określonych przez komorę spalania. Komora spalania to wolna przestrzeń w cylindrze, która pozostaje pomiędzy górną częścią cylindra a tłokiem w górnym martwym punkcie.
Drugi środek polega na zamknięciu wszystkich zaworów silnika. Gęstość ich pasowania bezpośrednio wpływa na jakość kompresji zespołu paliwowego i jego późniejszy zapłon. Również na jakość sprężania zespołów paliwowych duży wpływ ma stopień zużycia elementów silnika. Wyraża się to wielkością przestrzeni między tłokiem a cylindrem, w szczelności zaworów. Stopień sprężania silnika jest głównym czynnikiem wpływającym na jego moc. Jest mierzony za pomocą specjalnego miernika kompresji urządzenia.
skok roboczy zaczyna się, gdy jest podłączony do procesu sytem zapłonu która generuje iskrę. Tłok znajduje się w maksymalnym górnym położeniu. Mieszanina eksploduje, uwalniane są gazy, które wytwarzają zwiększone ciśnienie, a tłok zostaje wprawiony w ruch. Mechanizm korbowy z kolei aktywuje obrót wału korbowego, co zapewnia ruch samochodu. Wszystkie zawory systemowe są w tym momencie w pozycji zamkniętej.
skok ukończenia szkoły jest ostatnim w rozważanym cyklu. Wszystkie zawory wydechowe są w pozycji otwartej, dzięki czemu silnik może „oddychać” produktami spalania. Tłok powraca do punktu wyjścia i jest gotowy do rozpoczęcia nowego cyklu. Ten ruch przyczynia się do uwolnienia system wydechowy a następnie do środowiska spaliny.
Schemat działania silnika spalinowego, jak wspomniano powyżej, opiera się na cykliczności. Biorąc pod uwagę szczegółowo, jak działa silnik tłokowy można podsumować, że sprawność takiego mechanizmu nie przekracza 60%. Procent ten wynika z faktu, że w danej chwili cykl pracy wykonywany jest tylko w jednym cylindrze.
Nie cała energia otrzymana w tym czasie jest kierowana na ruch samochodu. Część z nich przeznacza się na utrzymanie w ruchu koła zamachowego, które dzięki bezwładności zapewnia działanie samochodu podczas pozostałych trzech cykli.
Pewna ilość energii cieplnej jest mimowolnie zużywana na ogrzewanie mieszkania i spalin. Dlatego o mocy silnika samochodu decyduje liczba cylindrów, a co za tym idzie tzw. wielkość silnika, obliczona według określonego wzoru jako całkowita objętość wszystkich pracujących cylindrów.
Definicja.
silnik tłokowy- jeden z wariantów silnika spalinowego, który działa na zasadzie zamiany energii wewnętrznej palącego się paliwa na pracę mechaniczną ruchu postępowego tłoka. Tłok jest wprawiany w ruch przez rozprężanie się płynu roboczego w cylindrze.
Mechanizm korbowy przekształca ruch postępowy tłoka w ruch obrotowy wału korbowego.
Cykl pracy silnika składa się z sekwencji cykli jednostronnych translacyjnych skoków tłoka. Silniki dzielone z dwoma i czterema cyklami pracy.
Zasada działania silników tłokowych dwusuwowych i czterosuwowych.
Liczba cylindrów w silniki tłokowe może się różnić w zależności od projektu (od 1 do 24). Uważa się, że objętość silnika jest równa sumie objętości wszystkich cylindrów, których pojemność określa się jako iloczyn przekroju i skoku tłoka.
W silniki tłokowe różne konstrukcje, proces zapłonu paliwa przebiega na różne sposoby:
Wyładowanie iskrą elektryczną, który powstaje na świecach zapłonowych. Takie silniki mogą być zasilane zarówno benzyną, jak i innymi rodzajami paliwa (gaz ziemny).
Kompresja ciała roboczego:
W silniki Diesla pracować nad olej napędowy lub gaz (z 5% dodatkiem oleju napędowego) sprężane jest powietrze, a gdy tłok osiąga punkt maksymalnego sprężenia, wtryskiwane jest paliwo, które zapala się w kontakcie z ogrzanym powietrzem.
Silniki modeli kompresyjnych. Zapas paliwa w nich jest dokładnie taki sam jak w silniki benzynowe. Dlatego do ich działania wymagany jest specjalny skład paliwa (z zanieczyszczeniami powietrza i eteru dietylowego) oraz precyzyjna regulacja stopnia sprężania. Silniki sprężarek znalazły swoją dystrybucję w przemyśle lotniczym i motoryzacyjnym.
silniki żarowe. Zasada ich działania jest pod wieloma względami podobna do silników modelu kompresyjnego, jednak nie była pozbawiona cech konstrukcyjnych. Rolę zapłonu w nich pełni świeca żarowa, której żar podtrzymywany jest energią spalanego paliwa w poprzednim cyklu. Również skład paliwa jest wyjątkowy, na bazie metanolu, nitrometanu i olej rycynowy. Takie silniki są używane zarówno w samochodach, jak i samolotach.
kaloryczne silniki. W tych silnikach do zapłonu dochodzi, gdy paliwo wchodzi w kontakt z gorącymi częściami silnika (zazwyczaj denka tłoka). Jako paliwo wykorzystywany jest gaz martenowski. Stosowane są jako silniki napędowe w walcowniach.
Rodzaje paliw stosowane w silniki tłokowe:
Płynne paliwo– olej napędowy, benzyna, alkohole, biodiesel;
gazy– gazy naturalne i biologiczne, gazy skroplone, wodór, gazowe produkty krakingu ropy;
Produkowany w generatorze gazu z węgla, torfu i drewna, jako paliwo wykorzystywany jest również tlenek węgla.
Działanie silników tłokowych.
Cykle silnika szczegółowo opisane w termodynamice technicznej. Różne cyklogramy są opisane różnymi cyklami termodynamicznymi: Otto, Diesel, Atkinson lub Miller i Trinkler.
Przyczyny awarii silników tłokowych.
sprawność silnika tłokowego.
Maksymalna wydajność, jaką można uzyskać na silnik tłokowy wynosi 60%, tj. nieco mniej niż połowa palącego się paliwa zużywana jest na rozgrzanie części silnika, a także wydobywa się ciepło spalin. W związku z tym konieczne jest wyposażenie silników w układy chłodzenia.
Klasyfikacja systemów chłodzenia:
Powietrze CO- oddają ciepło do powietrza dzięki żebrowanej powierzchni zewnętrznej butli. Czy
więcej o słabe silniki(kilkadziesiąt KM) lub w potężnych silnikach lotniczych, chłodzonych szybkim przepływem powietrza.
Ciekły CO- jako czynnik chłodzący stosowany jest płyn (woda, płyn niezamarzający lub olej), który przepompowywany jest przez płaszcz chłodzący (kanały w ścianach bloku cylindrów) i wchodzi do chłodnicy, w której jest chłodzony strumieniami powietrza, naturalnego lub od fanów. Rzadko metaliczny sód jest również używany jako chłodziwo, które topi się pod wpływem ciepła rozgrzewającego się silnika.
Wniosek.
Silniki tłokowe ze względu na zakres mocy (1 wat - 75 000 kW) zyskały dużą popularność nie tylko w przemyśle motoryzacyjnym, ale także w przemyśle lotniczym i stoczniowym. Służą również do prowadzenia pojazdów bojowych, rolniczych i sprzęt budowlany, agregaty prądotwórcze, pompy wodne, piły łańcuchowe i inne maszyny zarówno mobilne jak i stacjonarne.